串口简介

UART：全双工、异步、串行通信方式

• 经常用来打印调试信息

物理层

串口物理层有很多标准及变种：TTL、RS232、RS422、RS485等；

RS232 标准

[图片上传失败...(image-6e7169-1692068503959)]上图中，设备A 与 设备B 的 DB9接口 通过串口线连接，串口信号线中使用 RS232电平标准 传输数据信号。由于 RS232电平标准不能直接被控制器识别，所以需要通过一个 “电平转换芯片（如MA3232）” 来将 RS232电平 和 TTL电平进行转换（发送数据时，将TTL电平转换成RS232电平；接收数据时，将RS232电平转换成TTL电平）。

TTL电平标准 VS RS232电平标准

电子电路中常用的是 TTL标准，理想状态下，用 0V 表示逻辑0，用 5V 表示逻辑1，而实际情况允许一定的误差，采用的是一个范围。

RS232标准，为了增加串口通讯传输距离和提高抗干扰能力，使用 -15V 表示逻辑1，+15V 表示逻辑0，下图是表示同一信号的 TTL电平 和 RS232电平：

物理连接

DB9接口的信号线有9根，目前一般只使用 RXD、TXD、GND这3条信号线就可以了。

设备A   设备B
TXD  --  RXD
RXD  --  TXD
GND  --  GND
VCC  --  VCC

硬件电路

以 USART1 为例，使用 PA9 和 PA10 引脚（也可以使用其他引脚组合，详见引脚复用）

编程指南

串口初始化指南

主要步骤如下：

1）GPIO 时钟使能

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

2）USART1 时钟使能

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

3）GPIO 复用模式初始化

• 使用 DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT 和 DEBUG_USART_RX_PIN 是为了方便代码移植和书写，后续代码都是类似风格，不再单独说明。

#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT                GPIOA

#define DEBUG_USART_RX_PIN                       GPIO_Pin_10

#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT                GPIOA

#define DEBUG_USART_TX_PIN                      GPIO_Pin_9

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; // 复用模式

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_PIN;

    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_PIN;

    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

4）引脚复用配置

GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);

5）UART 参数配置

主要设置如下参数：

• 波特率       115200

• 字长            8位

• 奇偶校验  无校验

• 不使用硬件流控

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

6）使能串口

USART_Cmd(USART1, ENABLE);

串口接收中断配置

7）配置 NVIC 嵌套中断向量控制器

中断优先级分组设置，一般是在 main() 函数中设置，后续默认已经配置，不再单独说明。

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

NVIC 参数配置

void uart1_nvic_config(void){
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}

8）串口接收中断使能

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

串口收发数据接口

串口发送数据

如下是发送单个数据的接口，Data 最多是9位

// Transmits single data through the USARTx peripheral.

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)

{

    USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);

}

串口接收数据

// Returns the most recent received data by the USARTx peripheral.

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx)

{

    return (uint16_t)(USARTx->DR & (uint16_t)0x01FF);

}

重定向 printf() 和 scanf() 函数

int fputc(int ch, FILE *f)

{

    USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);

    /* 等待发送完毕 */

    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);

    return (ch);

}

int fgetc(FILE *f)

{

    /* 等待串口输入数据 */

    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);

    return (int)USART_ReceiveData(USART1);

}

主要代码

#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT                GPIOA

#define DEBUG_USART_RX_PIN                       GPIO_Pin_10

#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT                GPIOA

#define DEBUG_USART_TX_PIN                      GPIO_Pin_9

void uart1_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; // 复用模式

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_PIN;

    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_PIN;

    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 引脚复用配置

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    uart1_nvic_config();

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

}

uint16_t uart1_send(USART_TypeDef* USARTx, char *data)

{

    unsigned int k = 0;

    do

    {

        USART_SendData(USARTx, *(data+ k));

        while (USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);

        k++;

    } while (*(data+ k) != '');

    /* 等待发送完成 */

    while (USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET)

    {

    }

}