第第頁STM32USART串口的應用STM32中斷系統(tǒng)專題講解

（STM32），從字面上來理解，ST是（意法半導體），M是M（ic）roelectronics的縮寫，32表示32位，合起來理解，STM32就是指ST公司開發(fā)的32位（微控制器）。在如今的32位（控制器）當中，STM32可以說是最璀璨的新星，它受寵若嬌，大受（工程師）和市場的青睞，無芯能出其右。

51是嵌入式學習中一款入門級的精典（MCU），因其結(jié)構(gòu)簡單，易于教學。51誕生于70年代，屬于傳統(tǒng)的8位（單片機），如今，久經(jīng)歲月的洗禮，既有其輝煌又有其不足?，F(xiàn)在的市場（產(chǎn)品）競爭越來越激烈，對成本極其敏感，相應地對MCU的性能要求也更苛刻：更多功能，更低功耗，易用界面和多任務(wù)。面對這些要求，51現(xiàn)有的資源就顯得得抓襟見肘。所以無論是高校教學還是市場需求，都急需一款新的MCU來為這個領(lǐng)域注入新的活力。

基于這樣的市場需求，（ARM）公司推出了其全新的基于ARMv7架構(gòu)的32位Cortex-M3微控制器內(nèi)核。緊隨其后，ST（意法半導體）公司就推出了基于Cortex-M3內(nèi)核的MCU——STM32。STM32憑借其產(chǎn)品線的多樣化、極高的性價比、簡單易用的庫開發(fā)方式，迅速在眾多Cortex-M3MCU中脫穎而出，成為最閃亮的一顆新星。

STM32一上市就迅速占領(lǐng)了中低端MCU市場，受到了市場和工程師的無比青睞，頗有星火燎原之勢。作為一名合格的（嵌入式）工程師，面對新出現(xiàn)的技術(shù)，我們不是充耳不聞，而是要盡快吻合市場的需要，跟上技術(shù)的潮流。如今STM32的出現(xiàn)就是一種趨勢，一種潮流，我們要做的就是搭上這趟快車，讓自己的技術(shù)更有競爭力。

STM32USART串口的應用USART：UniversalSynchronousAsynchronousReceiverandTransmit（te）r的縮寫，即通用同步異步（收發(fā)器）可以靈活地與外部設(shè)備進行全雙工數(shù)據(jù)交換。

（UART）：(UniversalAsynchronousReceiverandTransmitter)，它是在USART基礎(chǔ)上裁剪掉了同步（通信）功能，只有異步通信。簡單區(qū)分同步和異步就是看通信時需不需要對外提供（時鐘）輸出，我們平時用的串口通信基本都是UART。

USART在STM32應用最多莫過于“打印”程序信息，一般在（硬件）設(shè)計時都會預留一個USART（通信接口）連接（電腦），用于在調(diào)試程序是可以把一些調(diào)試信息“打印”在電腦端的串口調(diào)試助手工具上，從而了解程序運行是否正確、指出運行出錯位置等等。

用戶平時基本上用的都是UART，很多外設(shè)與STM32進行數(shù)據(jù)傳送時都是用的UART。

開發(fā)板與電腦對于電平的定義是不一樣的，即對邏輯1和0的電平定義不同，因此需要一個（轉(zhuǎn)換器），和其他開發(fā)板連接時，由于電平一樣，可直接連接。

串口通信協(xié)議介紹：正常情況下，沒有數(shù)據(jù)傳輸時，兩端的（信號）線保持高電平，要發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送方向接收方發(fā)送一個低電平，接收方就知道對面要發(fā)送數(shù)據(jù)了。接下來發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)，兩端約定好數(shù)據(jù)大小是8位還是9位，一般情況下是8位，緊跟數(shù)據(jù)位后的校驗位和停止位。

在串行通信中，用“波特率”來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。所謂波特率，既每秒傳送的二進制位數(shù)，其單位為bps（bitspersecond）。它是衡量串行數(shù)據(jù)速度快慢的重要指標。國際上規(guī)定一個標準的波特率系列：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、115200、14.4Kbps、19.2Kbps、……

例如：115200bps、指每秒傳送115200位。通信雙方必須設(shè)置同樣的同學速率才能正常通信

注意：實際的數(shù)據(jù)沒這么多，還包括起始位，結(jié)束位，校驗位。

使用（寄存器）方法發(fā)送數(shù)據(jù)位7TXE：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器為空(Transmitdataregisterempty)

當TDR寄存器的內(nèi)容已傳輸?shù)揭莆患拇嫫鲿r，該位由硬件置1。如果USART_CR1寄存器中TXEIE位=1，則會生成中斷。通過對USART_DR寄存器執(zhí)行寫入操作將該位清零。

0:數(shù)據(jù)未傳輸?shù)揭莆患拇嫫鳌?/p>

1:數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭莆患拇嫫?，也就是?shù)據(jù)寄存器為空。

注意：單緩沖區(qū)發(fā)送期間使用該位。。

發(fā)送數(shù)據(jù)前一定要檢查發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器是否為空，為空才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

voidUSART1_PutChar(uint8_tch){

while(!(USART1->SR//等待TDR為空

USART1->DR=ch;//直接將數(shù)據(jù)扔給數(shù)據(jù)寄存器

}

//第7位為0,與出來的結(jié)果為0，非運算之后為1，繼續(xù)while循環(huán)

//第7位為1,與出來的結(jié)果為非0值，非運算之后為0，退出while循環(huán)

使用寄存器方法接收數(shù)據(jù)位5RXNE：讀取數(shù)據(jù)寄存器不為空(Re（ad）dataregisternotempty)

當RDR移位寄存器的內(nèi)容已傳輸?shù)経SART_DR寄存器時，該位由硬件置1。如果USART_CR1寄存器中RXNEIE=1，則會生成中斷。通過對USART_DR寄存器執(zhí)行讀入操作將該位清零。RXNE標志也可以通過向該位寫入零來清零。建議僅在多緩沖區(qū)通信時使用此清零序列。

0:未接收到數(shù)據(jù)

1:已準備好讀取接收到的數(shù)據(jù),即讀取數(shù)據(jù)寄存器不為空

uint8_tUSART1_GetChar(void){

while(!(USART1->SR//等待RDR不為空returnUSART1->DR；}

//第5位為0,沒有得到數(shù)據(jù)，與出來的結(jié)果為0，非運算之后為1，繼續(xù)while循環(huán)

//第5位為1,數(shù)據(jù)寄存器不為空，與出來的結(jié)果為非0值，非運算之后為0，退出while循環(huán)

printf的實現(xiàn)：intfputc(intch,FILE*p){while(!(USART1->SRUSART1->DR=ch;returnch;}//實現(xiàn)原理參考上文STM32中斷系統(tǒng)（專題）講解中斷能提高（CPU）的效率，同時能對突發(fā)事件做出實時處理。實現(xiàn)程序的并行化，實現(xiàn)（嵌入式系統(tǒng)）進程之間的切換。

NVIC（內(nèi)嵌向量中斷控制器：NestedVectoredInterruptControlle)的主要功能：NVIC其實就是一個中斷管理的部件，這個部件和其他外設(shè)沒有區(qū)別，內(nèi)部仍然是由一系列寄存器構(gòu)成的，它的功能都可已通過寄存器的設(shè)置來實現(xiàn)?？刂埔粋€中斷本質(zhì)上就是操作寄存器。

1.中斷管理

Cortex-M4內(nèi)核支持256個中斷，其中包含了16個內(nèi)核中斷和240個外部中斷，并且具有256級的可（編程）中斷優(yōu)先級設(shè)置。但STM32F4并沒有使用Cortex-M4內(nèi)核的全部東西，而是只用了它的一部分。Cortex-M4（處理器）中，每一個外部中斷都可以被使能或者禁止，并且可以被設(shè)置為掛起狀態(tài)或者清除狀態(tài)。

注：

ISER：使能中斷，8位剛好控制256個中斷的使能，有些中斷是不可以被屏蔽的。

ICER：清除中斷使能，8位剛好控制256個中斷的清除使能

ISPR:掛起中斷，若中斷產(chǎn)生但沒有立即執(zhí)行，它就會被掛起（產(chǎn)生的中斷沒有當前正在處理的中斷的優(yōu)先級高就會被掛起，但是當前中斷處理完成后仍然會處理新的中斷，總之，有中斷就會被處理）

ICPR：清除掛起，中斷處理完成后應該清除掛起，表示已被處理完成，如果不清除掛起標志位，下一次CPU檢查的時候發(fā)現(xiàn)該中斷還在等待處理，就會重復觸發(fā)，這不是我們想要的。也就是我們常說的清中斷。

IABR：每個外部中斷都有一個活躍狀態(tài)位，當處理器正在處理時，該位會被置1

IP：用于設(shè)置中斷的優(yōu)先級，8位寬原則上可以設(shè)置256級優(yōu)先級，但實際上STM32并沒有使用到這么多，而是使用了高4位，低4位保留，共16個可編程優(yōu)先級。

2.中斷和異常向量表

Cortex-M4內(nèi)核支持256個中斷，其中包含了16個內(nèi)核中斷和240個外部中斷。STM32F407實際上只使用了10個內(nèi)部異常和82個外部中斷。當異?；蛑袛喟l(fā)生時，處理器會把PC設(shè)置為一個特定地址，這一地址就稱為異常向量。每一類異常源都對應一個特定的入口地址，這些地址按照優(yōu)先級排列以后就組成一張異常向量表。統(tǒng)一的處理方式需要軟件去完成。采用向量表處理異常，M0處理器會從存儲器的向量表中，自動定位異常的程序入口。從發(fā)生異常到異常的處理中間的時間被縮減。

注：中斷和異常的區(qū)別：

中斷是（微處理器）外部發(fā)送的，通過中斷通道送入處理器內(nèi)部，一般是硬件引起的，比如串口接收中斷，而異常通常是微處理器內(nèi)部發(fā)生的，大多是軟件引起的，比如除法出錯異常，特權(quán)調(diào)用異常等待。不管是中斷還是異常，微處理器通常都有相應的中斷/異常服務(wù)程序。

3.支持嵌套中斷：在執(zhí)行一個中斷服務(wù)程序的時候

當前處理器正在執(zhí)行某一中斷處理程序時，在執(zhí)行期間有一優(yōu)先級更高，更緊急的中斷需要處理，會打斷當前的中斷處理程序，去執(zhí)行高優(yōu)先級中斷的處理程序，執(zhí)行完成后再繼續(xù)當前的中斷處理程序。

STM32有3個固定的優(yōu)先級，都是負值，不能改變，值越小優(yōu)先級越高，有16個可編程優(yōu)先級，用4個bit位表示。

在NVIC有一個專門的寄存器：中斷優(yōu)先級寄存器NVIC_IPRx（在F407中，x=0...81，即82個外部中斷）用來配置外部中斷的優(yōu)先級，IPR寬度為8bit，原則上每個外部中斷可配置的優(yōu)先級為0~255，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。但是絕大多數(shù)CM4（芯片）都會精簡設(shè)計，以致實際上支持的優(yōu)先級數(shù)減少，在F407中，只使用了高4bit。

STM32還會把優(yōu)先級分為兩級，一級叫做主優(yōu)先級，第二級叫做子優(yōu)先級，主優(yōu)先級又叫做搶占優(yōu)先級，子優(yōu)先級又叫做響應優(yōu)先級。比較時首先比較主優(yōu)先級，主優(yōu)先級高則優(yōu)先級一定高，主優(yōu)先級相同時比較子優(yōu)先級，響應優(yōu)先級數(shù)值越小，則優(yōu)先級越高。

IPR中的高4位，又分為搶占優(yōu)先級和響應優(yōu)先級。搶占優(yōu)先級在前，響應優(yōu)先級在后。而這兩個優(yōu)先級各占幾個位又要根據(jù)SCB->（AI）RCR中的中斷分組設(shè)置來決定。這里簡單介紹一下STM32F4的中斷分組：STM32F4將中斷分為5個組，組04。該分組的設(shè)置是由SCB->AIRCR寄存器的bit108來定義的。注意：工程開發(fā)中應當首先確定中斷優(yōu)先級分組，之后就不要再做修改了。

4.中斷優(yōu)先級總結(jié)

搶占優(yōu)先級的級別高于響應優(yōu)先級。而數(shù)值越小所代表的優(yōu)先級就越高。同一時刻發(fā)生的中斷，優(yōu)先處理優(yōu)先級較高的中斷。高優(yōu)先級的搶占優(yōu)先級是可以打斷正在進行的低搶占優(yōu)先級中斷的。而搶占優(yōu)先級相同的中斷，高優(yōu)先級的響應優(yōu)先級不可以打斷低響應優(yōu)先級的中斷。

搶占優(yōu)先級相同就看響應優(yōu)先級，同樣數(shù)值越小優(yōu)先級越高。如果兩個中斷的搶占優(yōu)先級和響應優(yōu)先級都是一樣的話，則看哪個中斷先發(fā)生就先執(zhí)行。如果同時發(fā)生則優(yōu)先處理編號較?。▽?0個內(nèi)部異常和82個外部中斷所對應的中斷入口進行編號，如EXIT5-EXIT9合用一個中斷入口，其編號為23，內(nèi)部異常的中斷入口編號均為負數(shù)）的那個，也就是異常向量表中排前面的先執(zhí)行。

EX（TI），外部中斷控制器簡單來說，EXTI就是管理GPIO產(chǎn)生的中斷，是GPIO與NVIC連接的中介，由于GPIO管腳太多，需要一個統(tǒng)一管理，就是EXIT，而其他的片內(nèi)外設(shè)如串口、（定時器）、（I2C）等產(chǎn)生的中斷直接被NVIC管理。

EXTI共有16個通道選擇器，每一個編號相同的GPIO管腳連接到編號相同的通道選擇器中，每個通道選擇器最終輸出一根中斷輸入線，工作時，每一個選擇器下同時只能有一個管腳被配置使用，具體配置哪一個管腳由該器件的外部中斷配置控制器SYSCFG配置。

EXTI0-EXTI4每一個都有單獨的中斷入口，而EXTI5-EXTI9合用一個中斷入口，EXTI10-EXTI15也合用一個中斷入口。

一個SYSCFG只能配置4個通道選擇器，因此需要4個SYSCFG。

外部中斷處理流程：

1：中斷輸入線，外部管腳產(chǎn)生的中斷由此輸入?？梢允歉唠娖?，也可以是低電平，根據(jù)設(shè)定要求產(chǎn)生

2：邊沿（檢測）電路會根據(jù)設(shè)定中斷產(chǎn)生的方式檢測電平，判斷是否發(fā)生中斷，如上升沿觸發(fā)中斷、下降沿觸發(fā)中斷或者上升沿和下降沿均可觸發(fā)中斷

3：如果2滿足條件，會經(jīng)過一個“或”門，“或”表示由外部輸入的中斷信號可以觸發(fā)中斷，內(nèi)部的事件也可以產(chǎn)生中斷，如定時器的更新事件等，不論外部內(nèi)部，只有有一個就繼續(xù)下去

如果是電平，就向上走，如果是事件就向下走

4：通過一個“與”門，與表示新來的中斷已被掛起（中斷產(chǎn)生還未處理）記錄，且次此中斷沒有被屏蔽，二者同時滿足后可交由NVIC處理，傳送至內(nèi)核進行響應。、

按鍵中斷實例配置GPIO為外部中斷模式，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)，使能外部中斷入口，設(shè)置優(yōu)先級，包括主優(yōu)先級和子優(yōu)先級。

在CubeMX中只要使能了中斷入口肯定會生成對應的中斷處理函數(shù)，這些處理函數(shù)被歸納到stm32f4xx_it.c當中，這里面的文件都是中斷處理函數(shù)的入口（IRQHander，InterruptReQuestHander，中斷處理請求函數(shù)）

在此文件的相應的函數(shù)入口處一步步追下去，就可以得到相應的中斷處理代碼。

這里的Callb（ac）k函數(shù)一般是若函數(shù)，意味著用戶可以對該函數(shù)進行重新編寫完成自己的邏輯功能。將該函數(shù)復制到gpio.c中進行重新編寫，復制時不需要復制函數(shù)前的__weak（弱函數(shù)典型的標記為函數(shù)前有__weak），因此在整個工程里就會有兩個同名的函數(shù)，系統(tǒng)在編譯的時候遇到兩個同名函數(shù)時，就會自動忽略有__weak標記的函數(shù)，轉(zhuǎn)而去編譯用戶自己編寫的同名函數(shù)。

//gpio.cvoidHALGPIOEXTI_Callback(uint16_tGPIO_（Pi）n){if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_9){HAL_Delay(20);//延時，用于消除抖動if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOI,GPIO_PIN_9)==GPIO_PIN_RESET){//讀管腳為低電平表示確實被按下了printf("KEY3INTsuccessn");}}}//main.cinclude"gpio.c"include"usart.c"main(){MX_GPIO_Init();//對GPIO口時鐘配置，中斷優(yōu)先級配置，觸發(fā)方式等的初始化MX_USART1_UART_Init();對USART1初始化配置while(){}}HAL_Delay()函數(shù)是由Systick定時器實現(xiàn)的，也涉及到一個中斷的處理過程，執(zhí)行的是系統(tǒng)內(nèi)部的定時器產(chǎn)生的異常處理函數(shù)，因此設(shè)置按鍵中斷的優(yōu)先級必須要比HAL_Delay()要小，否則HAL_Delay()函數(shù)無法搶占導致程序死掉。

串口中斷實例、配置串口管腳參數(shù)，使能串口中斷入口，設(shè)置優(yōu)先級分組，設(shè)置串口中斷優(yōu)先級。

1.HAL_UART_IRQHandler(追進去有相當多類型的中斷處理函數(shù)，選擇串口在傳輸模式下發(fā)送完成的中斷處理函數(shù)。

用戶只需實現(xiàn)voidHAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart）的邏輯代碼

2.HAL_UART_IRQHandler(追進去有相當多類型的中斷處理函數(shù)，選擇串口在接收模式下的中斷處理函數(shù)。

該中斷處理函數(shù)仍然會調(diào)用一個回調(diào)函數(shù)。

用戶只需實現(xiàn)voidHALUARTRxCpltCallback(UARTHandleTypeDef*huart)的邏輯代碼

串口中斷有專門的串口接收中斷函數(shù)和發(fā)送中斷函數(shù)用來觸發(fā)中斷。

HAL_UART_Transmit_IT();

HAL_UART_Receive_IT();

//main.cinclude"gpio.c"include"usart.c"uint8_trevbuff[2]={0};//接收緩沖區(qū),