第7章串口通信STM32本章知識與能力要求理解和掌握通信的基本概念；了解常見的串行通信接口；熟悉標準外設庫和HAL庫中有關USART的庫函數(shù)；掌握STM32F103微控制器USART標準外設庫異步模式的配置方法；掌握USART查詢方式、中斷方式以及DMA方式三種方式的應用；掌握基于標準外設庫開發(fā)USART應用的方法；掌握基于HAL庫開發(fā)USART應用的方法。7.1通信概述7.2異步串行通信7.3STM32的USART模塊7.4USART模塊的標準外設庫接口函數(shù)及應用7.5USART模塊的HAL庫接口函數(shù)及應用7.6編程思想之自定義串口通信協(xié)議第７章串口通信7.1通信概述通信方式分類按數(shù)據(jù)傳送方式串行通信并行通信按通信數(shù)據(jù)同步方式同步通信異步通信按數(shù)據(jù)傳輸方向及與時間的關系單工通信半雙工通信全雙工通信7.1通信概述

串行通信（SerialTransmission），是指通過一根數(shù)據(jù)線或少量數(shù)據(jù)線（少于8根）將數(shù)據(jù)一位一位地按順序依次傳送。

并行通信（ParallelTransmission），是指用多條數(shù)據(jù)線同時傳送多位數(shù)據(jù)，通常以8位、16位、32位等數(shù)據(jù)位傳送。串行通信與并行通信7.1通信概述

并行通信一次可傳輸多個數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)，并行通信傳輸數(shù)據(jù)量是串行傳輸?shù)臄?shù)倍，如早期的并行接口的硬盤、打印機，采用PCI（PeripheralComponentInterconnect，外設部件互連標準）并行接口的顯卡等。并行傳輸?shù)娜秉c長距離傳輸成本較高；信號線之間的干擾大，傳輸速率很難達到很高；體積大，占用空間大，不利于設備的小型化、微型化。計算機內部的總線結構，即CPU與內部寄存器及接口之間采用并行傳輸。7.1通信概述串行通信是目前最為流行的一種通信方式，如U盤以及采用USB接口的設備、工業(yè)上常用的RS-485和RS-232等，都是串行通信設備。USB的串行通信接口U盤的串行通信接口計算機網(wǎng)絡中所使用的傳輸方式均是串行傳輸，單片機與外設之間也大多采用各類串行接口，比如USART、USB、IIC、SPI等。7.1通信概述同步通信與異步通信

同步通信是連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，要求收發(fā)雙方的時鐘必須保持嚴格的同步。

特點：輸速率較高

異步通信在發(fā)送的有效數(shù)據(jù)中增加一些用于同步的控制位，比如開始位和停止位等，數(shù)據(jù)以字符為單位組成數(shù)據(jù)幀進行傳送，收發(fā)雙方需約定數(shù)據(jù)的傳輸速率。特點：

傳輸效率較低；通信設備實現(xiàn)簡單、成本低。7.1通信概述單工、半雙工、全雙工通信根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向以及與時間的關系，串行通信可以分為單工、半雙工和全雙工三種通信方式。通信方式描述舉例單工任何時刻都只能單方向通信的工作方式，即一端固定為發(fā)送端，另一端固定為接收端燈塔、廣播和電視半雙工兩個設備均可以收發(fā)數(shù)據(jù)，但不能在同一時刻進行對講機全雙工兩個設備可以同時收發(fā)數(shù)據(jù)手機7.1通信概述通信傳輸速率每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)，單位為比特每秒（bit/s，bps），是衡量串行數(shù)據(jù)傳輸速度快慢的指標。波特率每秒所傳輸?shù)淖址麛?shù)：波特率=字符速率×每個字符包含的位數(shù)字符速率為120字符/秒，若每個字符包含10位（1個起始位，7個數(shù)據(jù)位，1個校驗位，1個結束位），則波特率為10位/字符×120字符/秒＝1200bps。字符速率常用的串口傳輸速率（波特率）有1200、2400、4800、9600、19200和115200等。舉例7.2異步串行通信目錄7.2.1異步串行通信協(xié)議7.2.2異步串行通信接口異步串行通信標準的數(shù)據(jù)幀由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位四部分組成。數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200和38400波特。通信傳輸速率和數(shù)據(jù)幀格式一起稱為通信協(xié)議。起始位：占一位，位于數(shù)據(jù)幀的開頭，以邏輯“0”表示傳輸數(shù)據(jù)的開始。數(shù)據(jù)位：要發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長度可以是5～8位。校驗位：占一位，用于檢測數(shù)據(jù)是否有效。停止位：一幀傳送結束的標志，根據(jù)實際情況定，可以是1、1.5或2位?？臻e位：數(shù)據(jù)傳輸完畢，用“1”表示當前線路上沒有數(shù)據(jù)傳輸。7.2.1異步串行通信協(xié)議7.2.1異步串行通信接口

UART（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter，通用異步收發(fā)傳輸器）是一個全雙工通用異步串行收/發(fā)模塊，主要用于打印程序調試信息、上位機和下位機的通信以及ISP程序下載等場合。

UART至少需要兩根數(shù)據(jù)線用于通信雙方進行數(shù)據(jù)雙向同時傳輸，最簡單的UART接口由TxD、RxD、GND共3根線組成。其中，TxD用于發(fā)送數(shù)據(jù)，RxD用于接收數(shù)據(jù)，GND為信號地線，通過交叉連接實現(xiàn)兩個芯片間的串口通信。RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA，ElectronicIndustryAssociation）制定的串行通信物理接口標準，規(guī)定了相應的電氣特性和物理特性，通常采用DB-9或DB-25的形式，以DB-9最為常見。外形針腳號符號功能1DCD數(shù)據(jù)載波檢測，輸入2RxD接收數(shù)據(jù)，輸入3TxD發(fā)送數(shù)據(jù)，輸出4DTR數(shù)據(jù)終端準備就緒，輸出5GND信號地6DSR數(shù)據(jù)設備準備就緒，輸入7RTS請求發(fā)送，輸出8CTS清除發(fā)送，輸入9RI振鈴指示，輸入7.2.1異步串行通信接口對可靠性要求不高的場合，DB-9通常采用三線制串口，僅需發(fā)送（Tx）、接收（Rx）和地（GND）三條線，即可實現(xiàn)全雙工通信，進行最基本的數(shù)據(jù)收發(fā)傳送，最高傳輸速率可達20kbps7.2.1異步串行通信接口

RS-232為異步串行通信接口，其電氣標準采用負邏輯，不能與TTL電平設備直接相連，而微控制器中的UART采用的是TTL電平標準，因此，RS-232與微控制器相連時必須進行電平轉換。7.2.1異步串行通信接口7.3STM32的USART模塊7.3.1USART內部結構7.3.2USART接口7.3.3USART編程模式USART內部功能實現(xiàn)由三部分構成:7.3.1USART內部結構波特率發(fā)生器發(fā)送器/接收器控制單元數(shù)據(jù)收發(fā)寄存器單元

通過USART_BRR寄存器實現(xiàn)串口通信數(shù)據(jù)傳輸速率的設置。

通過向USART的控制寄存器（ControlRegister）CR1、CR2、CR3和USART的狀態(tài)寄存器SR（StatusRegister）寫入相應的參數(shù)，實現(xiàn)USART數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收控制7.3.1USART內部結構波特率發(fā)生器發(fā)送器/接收器控制單元CR1主要用于配置USART的數(shù)據(jù)位、校驗位及中斷使能；CR2用于配置USART停止位以及SCLK時鐘控制；CR3主要涉及CTS硬件流控制和單字節(jié)/DMA多緩沖傳輸控制的配置。USART狀態(tài)寄存器SR各bit位所代表的含義7.3.1USART內部結構bit位寄存器名稱功能描述31-10保留，硬件強制設置為“0”9CTSCTS標志0：nCTS狀態(tài)線上沒有變化；1：nCTS狀態(tài)線上發(fā)生變化。8LBDLIN斷開檢測標志（LINbreakdetectionflag）0：沒有檢測到LIN斷開；1：檢測到LIN斷開。7TXE發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空(Transmitdataregisterempty)0：數(shù)據(jù)還沒有被轉移到移位寄存器；1：數(shù)據(jù)已經(jīng)被轉移到移位寄存器。6TC發(fā)送完成（Transmissioncomplete）0：發(fā)送還未完成；1：發(fā)送完成。5RXNE讀數(shù)據(jù)寄存器非空(Readdataregisternotempty)0：數(shù)據(jù)沒有收到；1：收到數(shù)據(jù)，可以讀出。USART狀態(tài)寄存器SR各bit位所代表的含義7.3.1USART內部結構bit位寄存器名稱功能描述4IDLE監(jiān)測到總線空閑（IDLElinedetected）0：沒有檢測到空閑總線；1：檢測到空閑總線。3ORE過載錯誤（Overrunerror）0：沒有過載錯誤；1：檢測到過載錯誤2NE噪聲錯誤標志（Noiseerrorflag）0：沒有檢測到噪聲；1：檢測到噪聲。1FE幀錯誤（Framingerror）0：沒有檢測到幀錯誤；1：檢測到幀錯誤或者break符。0PE校驗錯誤（Parityerror）0：沒有奇偶校驗錯誤；1：奇偶校驗錯誤。

組成：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（TDR）接收數(shù)據(jù)寄存器（RDR）發(fā)送移位寄存器接收移位寄存器7.3.1USART內部結構數(shù)據(jù)收發(fā)寄存器單元數(shù)據(jù)發(fā)送過程數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（TDR）發(fā)送移位寄存器觸發(fā)TXE中斷下一幀數(shù)據(jù)寫入TDR寄存器TC位被置位一幀發(fā)送結束傳送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接收過程數(shù)據(jù)接收移位寄存器接收數(shù)據(jù)寄存器RXNE中斷RXNE位被清零準備接收下一幀處理數(shù)據(jù)7.3.2USART接口STM32F103大容量產(chǎn)品有5個串行通信接口，USART4和USART5為2個通用異步收發(fā)器，不支持同步模式，只有異步通信功能。USART模式USART1USART2USART3USART4USART5異步模式

（支持）

硬件流控制

（不支持）

多緩存通信（DMA）

多處理器通信

同步

智能卡

半雙工（單線模式）

IrDA

LIN

USART異步模式至少需要兩個引腳：Rx（接收數(shù)據(jù)引腳）和Tx（發(fā)送數(shù)據(jù)引腳），使用了復用I/O功能?？偩€USARTx復用功能USART1_REMAP=0USART1_REMAP=1GPIO配置APB2總線USART1USART1_TXPA9PB6復用推挽輸出USART1_RXPA10PB7浮空輸入APB1總線USART2USART2_TXPA2PD5復用推挽輸出USART2_RXPA3PD6浮空輸入USART3USART3_TXPB10PC10復用推挽輸出USART3_RXPB11PC11浮空輸入7.3.2USART接口7.3.3

USART編程模式輪詢模式CPU不斷地查詢I/O設備是否準備就緒，如果準備就緒就發(fā)送，否則提示超時錯誤；會占用CPU的大量時間，效率低。中斷方式通過中斷請求線，在I/O設備準備就緒時向CPU發(fā)出中斷請求，CPU中止正在進行的工作轉向處理I/O設備的中斷事件中斷方式相比輪詢方式效率較高。DMA方式直接存儲器傳送，不經(jīng)過CPU直接在內存和外設之間進行批量數(shù)據(jù)交換，適用于高速大批量成組數(shù)據(jù)的傳輸；滿足高速I/O設備的傳輸要求，有利于提高CPU的利用率。通過定期或循環(huán)查詢USART狀態(tài)寄存器SR各位的狀態(tài)，編寫應用程序對接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，有兩種方式實現(xiàn)對USART相關寄存器的操作：輪詢方式寄存器開發(fā)方式在編程代碼中直接配置這些功能寄存器基于庫的開發(fā)方式

間接對寄存器操作實現(xiàn)相應的USART通信功能7.3.3

USART編程模式USART主要有以下中斷事件：發(fā)送期間：發(fā)送完成、清除發(fā)送和發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空；接收期間：空閑總線檢測、溢出錯誤、接收數(shù)據(jù)寄存器非空、校驗錯誤、LIN斷開符號檢測、噪音標志（僅在多緩沖器通信）和幀錯誤（僅在多緩沖器通信）。中斷方式USART中斷映射7.3.3

USART編程模式中斷方式中斷標志中斷使能位STM32中的定義中斷事件TXETXEIEUART_IT_TXE發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空CTSCTSIEUART_IT_CTSCTS標志TCTCIEUART_IT_TC發(fā)送完成RXNERXNEIEUART_IT_RXNE接收數(shù)據(jù)就緒（可讀）ORETXNEIE

檢測到數(shù)據(jù)溢出IDLEIDLEIEUART_IT_IDLE檢測到空閑線路標志PEPEIEUART_IT_PE奇偶檢驗錯誤標志LBDLBDIEUART_IT_LBD斷開標志NE或ORT或PEEIEUART_IT_ERR噪聲標志，溢出錯誤和幀錯誤USART中斷事件及中斷使能標志位7.3.3

USART編程模式STM32F103微控制器的USART的發(fā)送和接收分別映射到不同的DMA通道上，如USART1_Rx被映射到DMA1的通道5，USART1_Tx被映射到DMA1的通道4。DMA方式USART模塊可通過DMA方式進行大批量數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸。7.3.3

USART編程模式7.4USART模塊的標準外設庫接口函數(shù)及應用7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)7.4.2USART串口應用編程步驟7.4.3USART標準外設庫應用實例

STM32的USART標準外設庫函數(shù)定義在STM32F10x標準外設庫的stm32f10x_usart.c文件中，其相應的stm32f10x_usart.h頭文件定義了USART相關的結構體和宏定義，并聲明了相關的標準外設庫函數(shù)，共29種。

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)typedefstruct{uint32_tUSART_BaudRate;uint16_tUSART_WordLength;uint16_tUSART_StopBits;uint16_tUSART_Parity;uint16_tUSART_Mode;uint16_tUSART_HardwareFlowControl;}USART_InitTypeDef;

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART初始化結構體結構體成員取值范圍USART_BaudRate（波特率）9600115200USART_WordLength（數(shù)據(jù)位數(shù)）USART_WordLength_8b（8位）USART_WordLength_9b（9位）USART_StopBits（停止位）USART_StopBits_1（1位）USART_StopBits_0_5（0.5位）USART_StopBits_2（2位）USART_StopBits_1_5（1.5位）USART_Parity（校驗模式）USART_Parity_No（無校驗）USART_Parity_Even（偶校驗）USART_Parity_Odd（奇校驗）USART_Mode（收發(fā)模式）USART_Mode_Rx（接收模式）USART_Mode_Tx（發(fā)送模式）USART_HardwareFlowControl（硬件流控制）USART_HardwareFlowControl_None（不使用聯(lián)絡信號）USART_HardwareFlowControl_RTS（使用RTS）USART_HardwareFlowControl_CTS（使用CTS）USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS（使用RTC和CTS）USART_InitTypeDef結構體成員及其取值

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART初始化函數(shù)voidUSART_Init(USART_TypeDef*USARTx,USART_InitTypeDef*USART_InitStruct);例如：USART_Init(USART1,&USART_InitStructurer);//初始化串口1庫函數(shù)1USART初始化復位函數(shù)voidUSART_DeInit(USART_TypeDef*USARTx);當外設出現(xiàn)異常時，可以通過復位操作，對外設重新進行配置。例如：USART_DeInit(USART1);//復位串口1庫函數(shù)2

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART使能函數(shù)voidUSART_Cmd(USART_TypeDef*USARTx,FunctionalStateNewState);例如：USART_Cmd(USART1,ENABLE);//使能串口1庫函數(shù)3USART發(fā)送單個數(shù)據(jù)函數(shù)voidUSART_SendData(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tData);例如：USART_SendData(USART1,0x26)；//通過串口1發(fā)送十六進制數(shù)據(jù)26H庫函數(shù)4

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART接收數(shù)據(jù)函數(shù)uint16_tUSART_ReceiveData(USART_TypeDef*USARTx);例如：Temp=USART_SendData(USART1);//將接收串口1發(fā)來的數(shù)據(jù)存到變量Temp中庫函數(shù)5USART獲取串口狀態(tài)函數(shù)FlagStatusUSART_GetFlagStatus(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_FLAG);使用串口進行數(shù)據(jù)發(fā)送或接收時，先判斷狀態(tài)寄存器的狀態(tài)再進行下一步操作，該函數(shù)實現(xiàn)對指定的USART標志位是否設置進行檢查。例如：FlagStatusStatus;Status=USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE);庫函數(shù)6

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART獲取串口狀態(tài)函數(shù)函數(shù)USART_GetFlagStatus()有兩個輸入?yún)?shù)：參數(shù)1：USARTx，可選為USART1、USART2或USART3；參數(shù)2：USART_FLAG為待檢測的USART標志位；函數(shù)返回值為SET（置位）或RESET（復位）。庫函數(shù)6USART_FLAG描述USART_FLAG_CTSCTS標志位USART_FLAG_LBDLIN中斷檢測標志位USART_FLAG_TXE發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空標志位USART_FLAG_TC發(fā)送完成標志位USART_FLAG_RXNE接收數(shù)據(jù)寄存器非空標志位USART_FLAG_IDLE空閑總線標志位USART_FLAG_ORE溢出錯誤標志位USART_FLAG_NE噪聲錯誤標志位USART_FLAG_FE幀錯誤標志位USART_FLAG_PE奇偶錯誤標志位

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART獲取串口狀態(tài)函數(shù)串口采用USART_SendData()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)時，要先判斷USART_FLAG_TXE（發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空標志位）或USART_FLAG_TC（發(fā)送完成標志位）的狀態(tài)，等發(fā)送完成后再執(zhí)行后面的程序，具體實現(xiàn)代碼如下：USART_SendData(USART1,(uint8_t)ch);//發(fā)送數(shù)據(jù)//判斷發(fā)送是否完成，循環(huán)等待直到發(fā)送完畢while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);returnch;或while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);return(ch);庫函數(shù)6

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART獲取串口狀態(tài)函數(shù)采用USART_ReceiveData()函數(shù)進行接收數(shù)據(jù)時，要先判斷USART_FLAG_RXNE（接收數(shù)據(jù)寄存器非空標志位），非空時接收數(shù)據(jù)，該位被置“1”時，表示有數(shù)據(jù)被接收，并可以讀出。具體代碼如下：//判斷接收寄存器是否為空，非空接收數(shù)據(jù)if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==SET){ch=USART_ReceiveData(USART1);//接收數(shù)據(jù)}庫函數(shù)6

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART清除狀態(tài)標志函數(shù)voidUSART_ClearFlag(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_FLAG);例如：USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);//清除串口1的TC狀態(tài)標志位庫函數(shù)7USART串口中斷使能函數(shù)voidUSART_ITConfig(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_IT,FunctionalStateNewState);例如：USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);//開啟接收數(shù)據(jù)寄存器非空中斷USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TC,ENABLE);//開啟發(fā)送完成中斷庫函數(shù)8

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART串口中斷使能函數(shù)USART_ITConfig()函數(shù)的參數(shù)：參數(shù)1：USARTx，可選為USART1、USART2或USART3；參數(shù)2：USART_IT為待檢測的USART標志位；參數(shù)3為ENABLE或DISABLE；函數(shù)返回值為SET（置位）或RESET（復位）。庫函數(shù)8USART_IT描述USART_IT_PE奇偶錯誤中斷USART_IT_TXE發(fā)送中斷USART_IT_TC傳輸完成中斷USART_IT_RXNE接收中斷USART_IT_IDLE空閑總線中斷USART_IT_LBDLIN中斷檢測中斷USART_IT_CTSCTS中斷USART_IT_ERR錯誤中斷

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART獲取串口中斷狀態(tài)函數(shù)ITStatusUSART_GetITStatus(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_IT);庫函數(shù)9若使能了中斷，則會設置狀態(tài)寄存器中的某個標志位，通過調用該函數(shù)來判斷是否是串口發(fā)送完成中斷，實現(xiàn)方式如下：USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_TC);若返回值是SET，則說明串口1發(fā)送完成，產(chǎn)生了中斷。999

7.4.1USART標準外設庫接口函數(shù)USART清除串口中斷標志函數(shù)voidUSART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_IT);例如，復位發(fā)送完成中斷標志位：USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_TC);庫函數(shù)10USART串口DMA使能函數(shù)voidUSART_DMACmd(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_DMAReq,FunctionalStateNewState);用于配置DMA與USART通道，例如：USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);

//使能USART1的發(fā)送DMA請求USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_RX,ENABLE);

//使能USART1的接收DMA請求庫函數(shù)117.4.2USART串口應用編程步驟聲明GPIO和USART初始化結構體串口所用的GPIO時鐘使能，串口時鐘使能設置I/O引腳功能為復用推挽輸出、浮空輸入設置波特率，設置數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位使用串口初始化函數(shù)USART_Init()初始化相應串口利用串口使能函數(shù)USART_Cmd()使能相應串口應用程序編寫7.4.2USART串口應用編程步驟

聲明GPIO和USART初始化結構體USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;1

串口所用的GPIO時鐘使能，串口時鐘使能開啟外設時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd()。例如：使能USART1、GPIOA的時鐘，所用的函數(shù)為RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);27.4.2USART串口應用編程步驟

設置I/O引腳功能為復用推挽輸出、浮空輸入串口使用的是I/O的復用功能。USART1的發(fā)送引腳為PA9，需將PA9配置為復用推挽輸出；USART1的輸入引腳為PA10，需將PA10配置為浮空輸入。3//USART1_TX，PA9，配置為復用推挽輸出，并初始化PA9GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;

//復用推挽輸出GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//USART1_RX，PA10，配置為浮空輸入，并初始化PA10GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//初始化PA107.4.2USART串口應用編程步驟

設置波特率，設置數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;//串口波特率USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;

//設置數(shù)據(jù)位占8位USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;//設置停止位占1位USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;//無奇偶校驗位//不采用硬件數(shù)據(jù)流控制USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;//設置為收發(fā)模式47.4.2USART串口應用編程步驟

使用串口初始化函數(shù)USART_Init()初始化相應串口USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);//初始化串口1USART15

利用串口使能函數(shù)USART_Cmd()使能相應串口USART_Cmd(USART1,ENABLE);//使能串口6

應用程序編寫若使用中斷，則編寫串口中斷函數(shù)voidUSART1_IRQHandler(void)77.4.3USART標準外設庫應用實例應用實例應用實例一簡單實現(xiàn)串口通信應用實例二重定向printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)應用實例三USART查詢方式7.4.3USART標準外設庫應用實例USART初始化頭文件USART_Init_Config.h，代碼如下：#ifndef__USART_INIT_CONFIG_H#define__USART_INIT_CONFIG_H#include"stm32f10x.h"voidUSART_Init_Config(void);#endif功能描述：

通過串口USART1實現(xiàn)簡單的收發(fā)功能。通過串口調試助手進行數(shù)據(jù)的收發(fā)顯示。

應用實例一——簡單實現(xiàn)串口通信編程代碼USART初始化頭文件USART_Init_Config.hUSART初始化程序USART_Init_Config.c文件主程序main.c文件7.4.3USART標準外設庫應用實例USART初始化程序USART_Init_Config.c文件#include<stdio.h>#include"USART_Init_Config.h"voidUSART_Init_Config(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;//開啟GPIOA和USART1的時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//USART1_TX，設置PA9為復用輸出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;//PA9GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//USART1_RX，設置PA10為浮空輸入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;應用實例一——簡單實現(xiàn)串口通信GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//USART1參數(shù)配置USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;

//設置波特率為115200USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;//數(shù)據(jù)位占8位USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;//1位停止位USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;//無校驗USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);

//初始化串口1USART_Cmd(USART1,ENABLE);//使能串口1}7.4.3USART標準外設庫應用實例主程序main.c文件，代碼如下：#include"stm32f10x.h"#include<stdio.h>#include"led.h"#include"USART_Init_Config.h"intmain(void){LED_Init();USART_Init_Config();

charTemp;while(1){if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)){USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);Temp=USART_ReceiveData(USART1);USART_SendData(USART1,Temp);USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_RXNE);}

}}應用實例一——簡單實現(xiàn)串口通信另一種實現(xiàn)方式：intmain(void){while(1){if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){ch=USART_ReceiveData(USART1);//接收數(shù)據(jù)USART_SendData(USART1,ch);//發(fā)送數(shù)據(jù)//循環(huán)等待發(fā)送完畢

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);}}}7.4.3USART標準外設庫應用實例在嵌入式C語言開發(fā)中需要重新定義printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)，將標準的輸入和輸出重新定向到串口，才能實現(xiàn)串口輸出或LCD輸出。重定向printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)也就是重寫fput()函數(shù)和fget()函數(shù)。應用實例二——重定向printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)

fputc()函數(shù)fgetc()函數(shù)函數(shù)原型intfputc(intch,FILE*f)intfgetc(FILE*f)功能將一個字符寫入到文件中從文件f中讀出一個字符參數(shù)ch為要輸出的字符，f指向FILE結構的指針f指向FILE結構的指針返回值發(fā)送成功，返回ch的值；失敗，則返回EOF（通常為-1）成功，則返回讀取的字符；失敗，則返回EOF（通常為-1）7.4.3USART標準外設庫應用實例重定向printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)，需要在串口初始化頭文件usart.h中添加#include<stdio.h>頭文件，同時在KeilMDK編譯器的Target中勾選UseMicroLIB。按照fget()函數(shù)和fput()函數(shù)的原型，重寫相應的USART接口程序應用實例二——重定向printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)//重定向C庫函數(shù)printf()到串口intfputc(intch,FILE*f){/*發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)到串口*/USART_SendData(DEBUG_USARTx,(uint8_t)ch);/*等待發(fā)送完畢*/while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);return(ch);}7.4.3USART標準外設庫應用實例使用上述代碼輸出字符串時，會出現(xiàn)丟失第一個字符的現(xiàn)象，可以在發(fā)送字符前調用USART_ClearFlag()復位TC標志位應用實例二——重定向printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)USART_ClearFlag(USARTx,USART_FLAG_TC);//重定向C庫函數(shù)scanf()到串口，重定向后可使用scanf()函數(shù)intfgetc(FILE*f){/*等待串口輸入數(shù)據(jù)*/while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx,USART_FLAG_RXNE)==RESET);

return(int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);}7.4.3USART標準外設庫應用實例通過串口1利用查詢方式實現(xiàn)發(fā)送字符命令“Y”點亮LED燈，發(fā)送字符命令“N”熄滅LED燈。應用實例三——USART查詢方式功能描述USART可以采用查詢方式進行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)各狀態(tài)寄存器的狀態(tài)決定下一步是否要執(zhí)行發(fā)送接收或轉入相應錯誤處理。7.4.3USART標準外設庫應用實例USART初始化頭文件USART_Init_Config.h，代碼如下：#ifndef__USART_INIT_CONFIG_H#define__USART_INIT_CONFIG_H#include"stm32f10x.h"voidUSART_Init_Config(void);#endif應用實例三——USART查詢方式USART_Init_Config.hUSART_Init_Config.c文件main.c程序7.4.3USART標準外設庫應用實例USART初始化程序USART_Init_Config.c文件，代碼如下：#include<stdio.h>#include"USART_Init_Config.h"voidUSART_Init_Config(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;//使能USART1和GPIOA的時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);USART_DeInit(USART1);//復位串口1//USART1_TXPA9為復用推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;//PA.9GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//USART1_RX，PA10為浮空輸入

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;應用實例三——USART查詢方式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//USART1參數(shù)配置：波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗，不使用硬件流控制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=SART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);USART_Cmd(USART1,ENABLE);}7.4.3USART標準外設庫應用實例應用實例三——USART查詢方式//重定向printf函數(shù)intfputc(intch,FILE*f){

/*發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)到USART1*/USART_SendData(USART1,(uint8_t)ch);/*等待發(fā)送寄存器為空*/

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET); return(ch);}//重定向scanf函數(shù)intfgetc(FILE*f){

/*等待串口1輸入數(shù)據(jù)*/while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==RESET);return(int)USART_ReceiveData(USART1);}7.4.3USART標準外設庫應用實例main.c程序#include"stm32f10x.h"#include<stdio.h>#include"led.h"#include"USART_Init_Config.h"intmain(void){charch;//定義一個字符變量，用于接收字符LED_Init();//LED燈初始化USART_Init_Config();//USART初始化

while(1){ch=getchar();printf("接收到的指令%c\n",ch);應用實例三——USART查詢方式switch(ch){case'N':GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);printf("熄滅LED燈\n");break;case'Y':

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);printf("點亮LED燈\n");break;default:printf("請輸入正確的指令：N熄滅燈，Y點亮燈!\n");break;

}}}7.5USART模塊的HAL庫接口函數(shù)及應用7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)7.5.2USART的HAL庫應用實例7.5.3USART模塊應用實例拓展

7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)

UART模塊的HAL庫相關接口函數(shù)定義在源文件stm32f1xx_hal_uart.c中，在stm32f1xx_hal_uart.h頭文件中可以查看相關庫函數(shù)聲明以及相關的結構體定義。

7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)USART模塊的HAL庫常用接口函數(shù)類型函數(shù)及功能描述引腳功能操作函數(shù)輪詢方式HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize,uint32_tTimeout);功能描述：串口輪詢模式發(fā)送函數(shù)，使用超時管理機制HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize,uint32_tTimeout);功能描述：串口輪詢模式接收函數(shù)，使用超時管理機制中斷方式HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize);功能描述：串口中斷模式發(fā)送函數(shù)HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize);功能描述：串口中斷模式接收函數(shù)DMA方式HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize);功能描述：串口DMA模式發(fā)送函數(shù)HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize);功能描述：串口DMA模式接收函數(shù)HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：串口DMA模式暫停函數(shù)HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：串口DMA模式停止函數(shù)

7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)USART模塊的HAL庫常用接口函數(shù)類型函數(shù)及功能描述初始化及復位函數(shù)HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef*huart)功能描述：UART初始化函數(shù)HAL_UART_DeInit(UART_HandleTypeDef*huart)功能描述：UART復位函數(shù)中斷處理函數(shù)（回調函數(shù)）voidHAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：UART中斷處理函數(shù)voidHAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：UART數(shù)據(jù)發(fā)送完成時的回調函數(shù)，用戶在該函數(shù)內編寫中斷處理程序voidHAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：UART數(shù)據(jù)發(fā)送一半時的回調函數(shù)voidHAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：UART數(shù)據(jù)接收完成時的回調函數(shù)，用戶在該函數(shù)內編寫中斷處理程序voidHAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：UART數(shù)據(jù)接收一半時的回調函數(shù)voidHAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：UART傳輸出現(xiàn)錯誤時調用的回調函數(shù)外設狀態(tài)函數(shù)HAL_UART_GetState(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：獲取串口狀態(tài)函數(shù)HAL_UART_GetError(UART_HandleTypeDef*huart);功能描述：獲取串口錯誤函數(shù)

7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize,uint32_tTimeout);UART發(fā)送函數(shù)HAL_UART_Transmit()采用串口2發(fā)送固定數(shù)據(jù)，無限等待，間隔1s循環(huán)發(fā)送。constchar*Send_Data="WelcometoSchool!\r\n";HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)Send_Data,strlen(Send_Data),0xFFFF);HAL_Delay(1000);函數(shù)原型函數(shù)解析該函數(shù)為串口在輪詢方式下發(fā)送指定長度的數(shù)據(jù)，采用超時管理機制，若超出設定值時數(shù)據(jù)還沒有發(fā)送完成，則不再發(fā)送，返回超時標志（HAL_TIMEOUT）。使用范例

7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)UART發(fā)送函數(shù)HAL_UART_Transmit()HAL_UART_Transmit()共有四個參數(shù)第一個參數(shù)huart為結構體類型UART_HandleTypeDef定義的指針，取值為huart1~huart5。第二個參數(shù)uint8_t*pData為要發(fā)送的數(shù)據(jù)，pData為指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針，類型為uint8_t，若發(fā)送的數(shù)據(jù)不是此類型，需要進行類型轉換。第三個參數(shù)uint16_tSize為要發(fā)送數(shù)據(jù)的大小。第四個參數(shù)uint32_tTimeout為超時等待時間。

7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize,uint32_tTimeout);UART接收函數(shù)HAL_UART_Receive()uint8_tch;HAL_UART_Receive(&huart3,(uint8_t*)&ch,1,1000);函數(shù)原型函數(shù)解析

HAL_UART_Receive()為UART在輪詢模式下的接收函數(shù)，采用超時管理機制，使用方式同HAL_UART_Transmit()使用范例

7.5.1UART的HAL庫接口函數(shù)HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize){if(huart->RxState==HAL_UART_STATE_READY)

//如果串口處于空閑狀態(tài)，則執(zhí)行以下語句

{

if((pData==NULL)||(Size==0U))

{returnHAL_ERROR;}__HAL_LOCK(huart);//配置huart參數(shù)前先上鎖

/*以下為結構體變量huart的參數(shù)配置

*/

huart->pRxBuffPtr=pData;//設置緩存指針

huart->RxXferSize=Size;//設置接收數(shù)據(jù)數(shù)量

huart->RxXferCount=Size;//設置接收計數(shù)器

huart->ErrorCode=HAL_UART_ERROR_NONE;

//ErrorCode設置為無錯誤

huart->RxState=HAL_UART_STATE_BUSY_RX;

//接收狀態(tài)設置為接收忙碌

UART中斷接收函數(shù)HAL_UART_Receive_IT()

/*huart解鎖*/__HAL_UNLOCK(huart);/*使能UART的PE（奇偶檢驗錯誤）中斷*/__HAL_UART_ENABLE_IT(huart,UART_IT_PE);/*使能UART錯誤中斷*/__HAL_UART_ENABLE_IT(huart,UART_IT_ERR);

/*使能UART數(shù)據(jù)寄存器非空中斷*/__HAL_UART_ENABLE_IT(huart,UART_IT_RXNE);returnHAL_OK;//配置完成，則返回HAL_OK}else

{returnHAL_BUSY;

//若huart不是READY狀態(tài)，則返回HAL_BUSY忙狀態(tài)

}}例：uint8_tRxBuffer[10];HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t*)&RxBuffer,1);實現(xiàn)簡單的STM32串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，調試此應用實例，需要在PC機端安裝“串口調試助手”。實例效果：

STM32目標板每隔1s循環(huán)發(fā)送字符“歡迎來到串口通信模塊”到PC機上的串口助手。功能硬件設計通過STM32F103目標板上的串口1實現(xiàn)與上位機的通信，可通過串口調試助手查看測試結果。

7.5.2USART的HAL庫應用實例新建STM32CubeMX工程，選擇MCUSTM32CubeMX功能參數(shù)配置生成工程代碼編寫應用程序下載調試驗證軟件設計流程RCC和時鐘配置串口配置

7.5.2USART的HAL庫應用實例軟件設計——新建STM32CubeMX工程，選擇MCU新建一個STM32CubeMx工程，選擇選擇MCU，這里選擇STM32F103ZETx芯片，讀者可根據(jù)自己的目標板選擇相應的芯片軟件設計——STM32CubeMX功能參數(shù)配置HSE選擇“Crystal/CeramicResonator”（晶振/陶瓷諧振器RCC配置軟件設計——STM32CubeMX功能參數(shù)配置通過圖形化方式直觀地對系統(tǒng)時鐘進行配置，系統(tǒng)時鐘采用外部高速時鐘，配置STM32F103系列芯片最大時鐘為72MHz，配置APB2為72MHz，配置APB1為36MHz。時鐘配置軟件設計——STM32CubeMX功能參數(shù)配置在“Connectivity”中選擇“USART1”；設置“Mode”為“Asynchronous”（異步傳輸模式）設置USART1的相關參數(shù)，配置為默認值：115200、8、None和1。串口配置軟件設計——STM32CubeMX功能參數(shù)配置USART1的發(fā)送引腳USART1_Tx默認連接在PA9；接收引腳USART1_Rx默認連接在PA10；在配置USART1時已經(jīng)將PA9引腳設置為復用推挽輸出，PA10設置為輸入模式。串口引腳參數(shù)設置軟件設計——STM32CubeMX功能參數(shù)配置在“Configeration”配置頁面的“NVICSettings”中勾選“USART1globalinterrupt”。開啟串口USART1的中斷軟件設計——STM32CubeMX功能參數(shù)配置在“SystemCore”的“NVIC”中可選擇NVIC中斷優(yōu)先級分組，默認為“4bitsforpre-amptionpriority”，勾選“USART1globalinterrupt”。選擇NVIC中斷優(yōu)先級分組軟件設計——生成工程代碼配置工程名稱、工程保存位置、選擇“MDK-ARMV5”編譯器等配置keil工程名稱和存放位置軟件設計——生成工程代碼在“CodeGenerator”選項欄中找到“Generatedfiles”框，勾選“Generateperipheralinitializationasapairof’.c/.h’filesperIP”，將外設初始化的代碼設置生成為獨立的.c源文件和.h頭文件。軟件設計——編寫應用程序/*USERCODEBEGINPV*/uint8_tRxBuffer[10];uint8_tTxBuffer[10];/*USERCODEENDPV*/在main.c文件中添加代碼：在main.c文件中添加代碼。先定義兩個數(shù)組RxBuffer和TxBuffer，用于接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)；在main.c文件的/*USERCODEBEGINPV*/和/*USERCODEENDPV*/之間添加代碼軟件設計——編寫應用程序/*USERCODEBEGIN2*//*使能USART1接收，調用中斷處理函數(shù)*/HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t*)&RxBuffer,1);/*USERCODEEND2*/

在intmain(void)函數(shù)中的/*USERCODEBEGIN2*/和/*USERCODEEND2*/之間添加代碼：/*USERCODEBEGIN4*/voidHAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart){HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)&RxBuffer,1,0);HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t*)&RxBuffer,1);}/*USERCODEEND4*/中斷處理函數(shù)進行相應功能程序的處理，在/*USERCODEBEGIN4*/和/*USERCODEEND4*/之間添加代碼：基于HAL庫采用中斷控制方式實現(xiàn)上位機（PC）通過串口通信控制STM32目標板上LED燈的亮滅，發(fā)送字符命令“Y”點亮LED燈，發(fā)送字符命令“N”熄滅LED燈。功能硬件設計使用STM32F103的串口1（USART1），PE5引腳連接一個LED燈。

7.5.3USART應用實例拓展將PE5配置為“OutputPushPull”（推挽輸出），初始化電平為低電平

7.5.3USART應用實例拓展首先定義一個字符變量Receive_data用于存放接收的字符，在main.c文件中的while()中添加如下程序代碼：while(1){/*USERCODEENDWHILE*//*USERCODEBEGIN3*/uint8_tReceive_data;//定義一個字符變量Receive_data=getchar();//獲取輸入的命令字符printf("TheReceiveorderis:%c\n",Receive_data);編寫應用程序if(Receive_data=='Y')//發(fā)送字符命令Y，點亮LED燈{HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);printf("TheLEDisON!\r\n"); }elseif(Receive_data=='N')//發(fā)送字符命令N，熄滅LED燈{HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);printf("TheLEDisOFF!\r\n");}}/*USERCODEEN