USART串口通信
通信接口
- 通信的目的: 將一個設備的數據傳送到另一個設備, 擴展硬件系統(tǒng)
- 通信協議: 制定通信的規(guī)則, 通信雙方按照協議規(guī)則進行數據收發(fā)
| 名稱 | 引腳 | 雙工 | 時鐘 | 電平 | 設備 |
|---|---|---|---|---|---|
| USART | TX、RX | 全雙工 | 異步 | 單端 | 點對點 |
| I2C | SCL、SDA | 半雙工 | 同步 | 單端 | 多設備 |
| SPI | SCLK、MOSI、MISO、CS | 全雙工 | 同步 | 單端 | 多設備 |
| CAN | CAN_H、CAN_L | 半雙工 | 異步 | 差分 | 多設備 |
| USB | DP、DM | 半雙工 | 異步 | 差分 | 點對點 |
USART有同步和異步兩種通訊方式, 但同步只用作特殊功能, 一般只使用異步通訊
串口通信
- 串口是一種應用十分廣泛的通訊接口, 串口成本低, 容易使用、通信線路簡單, 可實現兩個設備的互相通信
- 單片機的串口可以使單片機與單片機、單片機與電腦、單片機與各式各樣的模塊互相通信, 極大地擴展了單片機的應用范圍, 增強了單片機系統(tǒng)的硬件實力
通信方式
串行通信與并行通信
- 串行通信: 數據字節(jié)一位位地依次傳送的通信方式, 串行通信的速度慢, 但用的傳輸線條數少, 成本低，適用于遠距離的數據傳送
- 并行通信: 數據字節(jié)的各位同事傳送的通信方式, 優(yōu)點是數據傳送速度快, 缺點是占用的傳輸線條數多, 適用于近距離通信, 遠距離通信的成本較高
串行異步通信和串行同步通信
異步通信:
一次通信傳送一個字符幀, 發(fā)送的字符之間的時間間隔可以是任意的, 優(yōu)點是通信設備簡單、價格低廉, 但因為具有起始位和停止位, 傳輸效率較低
同步通信:
進行通信前先建立同步, 發(fā)送頻率和接受方的接受頻率要同步。在發(fā)送信息時, 將多個字符加上同步字符組成一個信息幀, 有一個統(tǒng)一的時鐘控制發(fā)送端的發(fā)送, 接收端識別到同步字符后, 就認為開始一個信息幀, 此后位數作為實際傳輸信息處理。優(yōu)點: 傳輸速度較快, 可用于點對多點 缺點: 需要使用專用的時鐘控制線實現同步, 對于長距離通信成本較高, 通信速率也會降低。一般用于同一PCB上芯片級之間的通信
串口參數及時序(串行異步通信)
- 波特率: 串口通信的速率
- 起始位: 標志一個數據幀的開始, 固定為低電平
- 數據位: 數據幀的有效載荷, 1為高電平, 0為低電平, 低位先行
- 校驗位: 用于數據驗證, 根據數據位計算得來
- 停止位: 用于數據幀間隔, 固定為高電平
硬件電路
- 簡單雙向串口通信有兩根通信線(發(fā)送端TX和接受端RX)
- TX與RX需要交叉連接
- 當只需單向的數據傳輸時, 可以只接一根通信線
- 當電平標準不一致時, 需要加電平轉換芯片
電平標準
- 電平標準是數據1和數據0的表達方式, 是傳輸線纜中人為規(guī)定的電壓與數據的對應關系, 串口常用的電平標準有如下三種:
- TTL電平: +3.3V或+5V表示1, 0V 表示0
- RS232電平: -3~-15V表示1, +3~+15V表示0
- RS485電平: 兩線壓差+2~+6V表示1, -2~-6V表示0(差分信號)
差分信號的干擾小, 一般TTL電平和RS232電平傳輸距離只有十幾米, 而RS485電平的傳輸范圍可達數千米
串口時序
USART簡介
- USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) 通用同步/異步收發(fā)器
- USART是STM32內部集成的硬件外設, 可根據數據寄存器的一個字節(jié)數據自動生成數據幀時序, 從TX引腳發(fā)送出去, 也可自動接收RX引腳的數據幀時序, 拼接為一個字節(jié)數據, 存放在數據寄存器里
- 自帶波特率發(fā)生器, 最高可達4.5Mbits/s
- 可配置數據位長度(8/9)、停止位長度(0.5/1/1.5/2)
- 可選校驗位(無校驗/奇校驗/偶校驗)
- 支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、Lin
- STM32F108C8T6 USART資源: USART1、USART2、USART3
USART框圖
USART基本結構
數據幀
- 字長包含校驗位 一般情況下: 9位字長(設置奇偶校驗) 8位字長(無校驗)
起始位偵測
- 在一位的時間里進行16次的采樣
- 3、5、7/ 8、9、10次進行采樣 且要求每3位至少應該有兩個0(只有兩個0會在狀態(tài)寄存器里置NE, 噪聲標志位)
數據采樣
- 8、9、10次采樣每3位也至少應該有兩個0(只有兩個0會在狀態(tài)寄存器里置NE, 噪聲標志位)
波特率發(fā)生器
- 發(fā)送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV確定
- 計算公式: 波特率 = fPCLK2/1 /(16 * DIV)
案例: 上位機控制LED亮滅
說明:
按鍵輸入端為PA1 采用EXTI中斷
PA0輸出控制LED1， PA2輸出控制LED2
LED2可通過按鍵控制
LED1通過上位機下達指令控制
利用Timer定時器每隔十秒進入一次中斷, 獲取LED1和LED2的亮滅狀態(tài)
硬件接線
PA0接LED1， PA1接按鍵，PA2接LED2，PA9為單片機的Tx發(fā)送端接CH3400的Rx端,PA10為單片機的Rx接收斷接CH3400的Tx端
初始化USART
/*
串口通信初始化函數 搶占優(yōu)先級0 響應優(yōu)先級0
*/
void Serial_Init(void)
{
// RCC使能時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 配置GPIO
// TX 發(fā)送端
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);
// RX 接收斷
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置USART串口通信
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600; // 波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; // 無流控
USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 兩種模式都打開
USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; // 奇偶校驗
USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; // 停止位
USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; // 8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
// 打開USART中斷
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 接收寄存器非空(正在接收)
// 配置NVIC
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
// 啟動USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
主要代碼
Serial.c
#include "stm32f10x.h"
char Down_String[] = "AABBCCDD01000000\r\n"; // 保存從下位機獲取的數據
char Header[] = "AABBCCDD00"; // 協議頭+數據來源
char Up_String[100]; // 保存從上位機傳送來的數據
uint8_t idx; //下標
uint8_t Decode_Flag;
/*
串口通信初始化函數 搶占優(yōu)先級0 響應優(yōu)先級0
*/
void Serial_Init(void)
{
// RCC使能時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 配置GPIO
// TX 發(fā)送端
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);
// RX 接收斷
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置USART串口通信
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600; // 波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; // 無流控
USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; // 奇偶校驗
USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; // 停止位
USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; // 8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
// 打開USART中斷
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 接收寄存器非空(正在接收)
// 配置NVIC
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
// 啟動USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
/*
發(fā)送單個數據
*/
void Send_Byte(uint16_t Byte)
{
USART_SendData(USART1, Byte);
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 等待發(fā)送完畢
}
/*
發(fā)送字符串
*/
void Serial_SendString(char * String)
{
uint8_t i;
for(i=0; String[i] != '\0'; ++i)
{
Send_Byte(String[i]);
}
}
/*
向上位機傳送監(jiān)控的信息
*/
void Transimit_Message(void)
{
Serial_SendString((char*)Down_String);
}
/*
獲取LED信息 LED為低電平驅動
*/
void Get_LEDInfo(void)
{
// LED1
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0)==1){ // LED1滅
Down_String[11] = '0';
}else{
Down_String[11] = '1';
}
// LED2
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2)==1){ // LED2滅
Down_String[13] = '0';
}else{
Down_String[13] = '1';
}
}
/*
下位機解碼上位機傳送的信息
*/
uint8_t Decode_Info(char * String)
{
for(uint8_t i=0; i < 8; ++i)
{
if(String[i] != Header[i])
{
return 0;
}
}
// 判斷是否有保留位
for(uint8_t i=12; i <= 15; ++i)
{
if(String[i] != '0') return 0;
}
// 控制LED1亮滅
if(String[10] == '0' && String[11] == '1')
{
// 開燈
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}
else if(String[10] == '0' && String[11] == '0')
{
// 關燈
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}
else return 0;
return 1;
}
/*
根據反饋解碼狀態(tài)打印信息
*/
void Decode_Info_Print(void)
{
if(Decode_Flag == 0)
{
// 解碼失敗, 請用正確的協議進行通訊
Serial_SendString("Decoded failed!\r\nPlease ensure the communication protocol is correct!\r\n");
}
else
{
// 解碼成功!LED1狀態(tài)轉換成功
Serial_SendString("Decoded successful!\r\n");
}
Decode_Flag = 0;
}
/*
中斷函數
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) // 接受寄存器不空
{
uint8_t Serial_RxData;
Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1); // 接受數據
Up_String[idx++] = (char)Serial_RxData;
// 清除中斷標志
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
}
}
Serial.h
#ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H
#include "stm32f10x.h"
void Serial_Init(void);
void Send_Byte(uint16_t Byte);
void Serial_SendString(char * String);
void Transimit_Message(void);
void Get_LEDInfo(void);
uint8_t Decode_Info(char * String);
void Decode_Info_Print(void);
extern char Down_String[];
extern char Header[];
extern uint8_t idx;
extern uint8_t Decode_Flag;
extern char Up_String[100];
#endif
LED.c
#include "stm32f10x.h"
/*
初始化LED1
*/
void LED1_Init(void)
{
// RCC使能時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 設置高電平
}
/*
關燈 低電平驅動
*/
void LED1_Off(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}
/*
開燈
*/
void LED1_On(void)
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}
/*
翻轉燈泡狀態(tài)
*/
void LED1_Turn(void)
{
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0)==1){
LED1_On();
}else{
LED1_Off();
}
}
void LED2_Init(void)
{
// RCC使能時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); // 設置高電平
}
/*
關燈 低電平驅動
*/
void LED2_Off(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
/*
開燈
*/
void LED2_On(void)
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
/*
翻轉燈泡狀態(tài)
*/
void LED2_Turn(void)
{
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2)==1){
LED2_On();
}else{
LED2_Off();
}
}
key.c
#include "stm32f10x.h"
#include "LED.h"
/*
初始化按鍵 PA1 搶占優(yōu)先級1 響應優(yōu)先級1
*/
void Key_Init(void)
{
// RCC使能時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
// 初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; // 上拉輸入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1; // PA1
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置AFIO
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource1);
// 配置中斷
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line1;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
//配置NVIC
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
/*
按鍵中斷函數
*/
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET)
{
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1)==0)
{
LED2_Turn();
}
// 清除中斷標志
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
}
}
Timer.c
#include "stm32f10x.h"
#include "Serial.h"
/*
初始化定時器 搶占優(yōu)先級0 響應優(yōu)先級1
*/
void Timer_Init(void)
{
// RCC開啟時鐘
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
// 選擇時鐘源
TIM_InternalClockConfig(TIM2); // 內部時鐘
// 配置時基單元
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; // 內部時鐘分頻
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 計數模式
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=50000-1; // 加載到自動重裝寄存器的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=7200-1; // 預分頻的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0; // 重復計數器的值
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure); //
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update); // 清除標志
// 使能更新中斷
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
// 配置NVIC
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn; // 中斷通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0; // 搶占優(yōu)先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1; // 響應優(yōu)先級
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
// 啟動定時器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
return;
}
/*
10秒鐘進入一次中斷 獲取系統(tǒng)信息
*/
void TIM2_IRQHandler(void)
{
// 判斷標志位
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update)==SET)
{
// 獲取LED信息
Get_LEDInfo();
// 將信息發(fā)送給上位機
Transimit_Message();
// 清除標志位
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
}
}
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "LED.h"
#include "key.h"
#include "Timer.h" // 定時器 10s 獲取一次信息
#include "Serial.h" // 串口相關程序
// 上位機控制LED亮滅
int main(void)
{
LED1_Init();
LED2_Init();
Key_Init();
Timer_Init();
Serial_Init();
while(1)
{
// 接收到一個完整協議的數據 進行解析
if(idx >= 16)
{
// 解碼
Decode_Flag = Decode_Info((char*)Up_String);
// 打印解碼信息
Decode_Info_Print();
idx = 0;
}
}
}
效果展示
視頻鏈接
【單片機作業(yè): USART通信案例上位機控制LED燈亮滅】文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-702503.html
參考資料
嵌入式單片機STM32原理及應用
【STM32入門教程-2023持續(xù)更新中】文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-702503.html
到了這里，關于STM32入門筆記10_USART串口通信+案例:上位機控制LED亮滅(USART串口通信、TIM定時器、EXTI綜合案例)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網！
