在单片机的应用中，通讯是必不可少的，通过通讯能够收发数据，进而对数据进行处理，进而生成控制指令，或者单纯用来调试，也是非常不错的选择。

通信接口

  • 通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统

  • 通信协议：制定通信的规则，通信双方按照协议规则进行数据收发

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除上面指出的全双工和半双工之外，还有单工，指的是只能从将数据从一处传输至另一处，是单向的。

单端信号需要共地。

串口通信

  • 串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信

  • 单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力

电平标准

电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

  1. TTL电平：+3.3V 或 +5V 表示 1 ，0V 表示 0

  2. RS232电平：-3 ~ -15V 表示 1，+3 ~ +15V表示 0

  3. RS485电平：两线压差 +2 ~ +6V 表示 1，-2 ~ -6V 表示 0（差分信号）

串口参数及时序

  • 波特率：串口通信的速率

  • 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平

  • 数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行

  • 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来

  • 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

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USART简介

  1. USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器

  2. USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里

  3. 自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s

  4. 可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2）

  5. 可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）

  6. 支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN

  7. STM32F103C8T6 USART资源： USART1、 USART2、 USART3

USART框图

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注意：USART的TDR和RDR两个寄存器在程序上只表现为一个寄存器（DR），但在实际硬件电路中有两个，一个只写，一个只读。

USART基本结构

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代码演示

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//串口接收+发送 程序代码

//初始化串口
void Serial_Init(void)
{
    //开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    //GPIO配置 PA9
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    //PA10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    //USART初始化
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//不使用硬件流控制
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//模式：发送和接收
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位：无
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位：1
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//长度：8
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启USART1中断
    
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
    //NVIC配置
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);//开启串口
}

//发送数据
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
    USART_SendData(USART1, Byte);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

//发送数组
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
    uint16_t i;
    for (i = 0; i < Length; i ++)
    {
        Serial_SendByte(Array[i]);
    }
}

//发送字符串
void Serial_SendString(char *String)
{
    uint8_t i;
    for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)
    {
        Serial_SendByte(String[i]);
    }
}

//次方函数
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
    uint32_t Result = 1;
    while (Y --)
    {
        Result *= X;
    }
    return Result;
}

//发送数字
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
    uint8_t i;
    for (i = 0; i < Length; i ++)
    {
        Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
    }
}

//重定向printf函数，记得勾选MicroLIB
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    Serial_SendByte(ch);
    return ch;
}

//对sprintf函数
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
    char String[100];
    va_list arg;
    va_start(arg, format);
    vsprintf(String, format, arg);
    va_end(arg);
    Serial_SendString(String);
}

uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
    if (Serial_RxFlag == 1)
    {
        Serial_RxFlag = 0;
        return 1;
    }
    return 0;
}

uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
    return Serial_RxData;
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
    {
        Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
        Serial_RxFlag = 1;
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    }
}

数据包

  1. HEX数据包
    • 固定包长
    • 可变包长
  2. 文本数据包
    • 固定包长
    • 可变包长

HEX数据包接收

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文本数据包接收

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void USART1_IRQHandler(void)//中断函数内处理接收到的数据
{
    //static关键字可以使得变量在函数运行完之后不被销毁，改变生命周期，不改变作用域
    static uint8_t RxState = 0;//状态
    static uint8_t pRxPacket = 0;//收集数据个数
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)//RX非空：可读
    {
        uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);//读取数据
        
        if (RxState == 0)
        {
            if (RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0)
            {
                RxState = 1;
                pRxPacket = 0;
            }
        }
        else if (RxState == 1)
        {
            if (RxData == '\r')
            {
                RxState = 2;
            }
            else
            {
                Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;
                pRxPacket ++;
            }
        }
        else if (RxState == 2)
        {
            if (RxData == '\n')
            {
                RxState = 0;
                Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';
                Serial_RxFlag = 1;
            }
        }
        
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);//清除标志位
    }
}

END