一、串口通信
（一）串口協(xié)議和RS-232標準
1.串口通信協(xié)議
串口通信是指串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比特字節(jié)（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。
串口通信協(xié)議是指規(guī)定了數(shù)據(jù)包的內容，內容包含了起始位、主體數(shù)據(jù)、校驗位及停止位，雙方需要約定一致的數(shù)據(jù)包格式才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)的有關規(guī)范。在串口通信中，常用的協(xié)議包括RS-232、RS-422和RS-485

STM32的串口通信接口有兩種，分別是：UART（通用異步收發(fā)器）、USART（通用同步異步收發(fā)器）。

引腳連接方式：
TXD <-----> RXD
RXD <-----> TXD
GND <----->GND

注：RXD:數(shù)據(jù)輸入引腳，接受數(shù)據(jù)； TXD:數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，數(shù)據(jù)發(fā)送；

對于兩個芯片之間的連接，兩個芯片GND共地，同時TXD和RXD交叉連接。這里的交叉連接的意思就是，芯片1的RxD連接芯片2的TXD，芯片2的RXD連接芯片1的TXD。這樣，兩個芯片之間就可以進行TTL電平通信了。

2.RS232串口標準
RS232串口標準，它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”，該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB-25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。

下面以計算機和調制解調器之間的通信流程來說明RS-232串行通信原理。考慮當調制解調器處于應答方式下，計算機和調制解調器之間的RS-232信號間的交互關系和工作過程。假定調制解調器是全雙工的，并以RS-232標準規(guī)范工作。

(1)初始狀態(tài)時，RTS、CTS持續(xù)為ON，通過通信程序設置和監(jiān)測RS232引線狀態(tài)。在應答模式下，計算機中的軟件一直監(jiān)視著振鈴指示(RI)，等待RI發(fā)出ON信號。

(2)計算機上的通信程序在收到RI信號后，就開始通過振鈴指示器ON/OFF變換的次數(shù)對振鈴進行計數(shù)，當?shù)竭_程設定的振鈴次數(shù)時，通信程序就發(fā)生數(shù)據(jù)終端就緒(DTR)信號，強迫調制解調器進入摘機狀態(tài)。

(3)等待2s后(FCC規(guī)定)，調制解調器自動開始發(fā)送其應答載波。這時調制解調器發(fā)出調制解調器就緒(DSR)信號通知計算機:它已完成所有的準備工作并等待載波信號。

(4)在持續(xù)發(fā)出DTR信號期間，計算機軟件監(jiān)測DSR信號。當DSR信號變?yōu)镺N時，計算機就知道調制解調器已準備數(shù)據(jù)鏈路的連接，計算機立即開始監(jiān)測數(shù)據(jù)載波監(jiān)測(CD)信號，以證實數(shù)據(jù)鏈路的存在。

(5)當源調制解調器的載波出現(xiàn)于電話線上時，應答調制解調器就發(fā)出CD信號。

(6)通過發(fā)送數(shù)據(jù)線(TD)和接收數(shù)據(jù)線(RD)，開始全雙工通信。在數(shù)據(jù)鏈路傳輸期間，計算機通過監(jiān)測CD來確保數(shù)據(jù)鏈路的存在。

(7)通信任務一旦完成，計算機就禁止DTR，調制解調器用除去其載波音調、禁止CD和DSR來響應。隨著鏈路被拆除，調制解調器就會返回初始狀態(tài)。

RS-232串行通信距離較近時(<12m)，可以用電纜線直接連接標準RS232端口，若距離較遠需附加調制解調器( Mode)，最為簡單的且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連。

3.RS232電平
RS232電平是指RS232串行通信接口中使用的電壓級別。根據(jù)RS232標準，邏輯"1"表示為負電平（通常為-3V至-25V之間），而邏輯"0"表示為正電平（通常為+3V至+25V之間）。這種不對稱的電平表示方式使得RS232能夠在長距離和嘈雜環(huán)境下進行可靠通信。

RS232電平的特點包括：
①高電平范圍為+3V至+25V，低電平范圍為-3V至-25V。
②邏輯"1"使用負電平表示，邏輯"0"使用正電平表示。
③信號電平較高，能夠抵抗干擾，并允許較長的傳輸距離（最長可達50英尺）。
④傳輸速率可達115200 bps（比特每秒）。

4.TTL電平
“TTL集成電路的全名是晶體管-晶體管邏輯集成電路（Transistor-Transistor Logic),主要有54/74系列標準TTL、高速型TTL（H-TTL）、低功耗型TTL（L-TTL）、肖特基型TTL（S-TTL）、低功耗肖特基型TTL（LS-TTL）五個系列。
標準TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小2.4V,典型值3.4V；輸入低電平最大0.8V，輸出低電平最大0.4V，典型值0.2V。
S-TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最?、耦?.5V，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V；輸入低電平最大0.8V，輸出低電平最大0.5V。
LS-TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最?、耦?.5V，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V；輸入低電平最大Ⅰ類0.7V，Ⅱ、Ⅲ類0.8V，輸出低電平最大Ⅰ類0.4V，Ⅱ、Ⅲ類0.5V，典型值0.25V。

5.RS232電平和TTL電平的區(qū)別
TTL電平標準是 低電平為0，高電平為1(對地，標準數(shù)字電路邏輯)。
RS232電平標準 是 正電平為0，負電平為1(對地，正負3-15V皆可，甚至可以用高阻態(tài))。

（1）電壓
RS232電平的電壓范圍較高，正負電平分別為+3V至+25V和-3V至-25V。而TTL電平的電壓范圍較低，一般為0.2V至3.4V或0V至5V。因此，RS232電平較高，能夠提供更大的信號幅度，使其具有較強的抗噪聲和抗干擾能力。

（2）范圍
RS232電平的電壓范圍較大，它可用于長距離通信，最長傳輸距離可達50英尺，甚至更遠。而TTL電平的傳輸距離較短，一般不超過15米。因此，在需要長距離通信的場景中，RS232電平更為合適。

（3）接口電路
RS232電平使用差分信號傳輸，即發(fā)送線和接收線各自攜帶相反的信號。這種差分傳輸方式可以有效抑制共模干擾，并提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。而TTL電平使用單端信號傳輸，只用一根線傳輸信號，外加一根參考線，也就是地線。那一根線分別攜帶不同的電平表示邏輯"1"和邏輯"0"。TTL電平的接口電路相對簡單，成本較低。

總結：
RS232是一種串行通信接口標準，其電平表示為負電平和正電平，適用于長距離和抗干擾要求較高的通信環(huán)境。與之相比，TTL電平具有低電壓范圍和較短的傳輸距離，適用于短距離通信和成本敏感的應用。

（二）USB/TTL轉232"模塊的工作原理
串口數(shù)據(jù)收發(fā)流程：

以CH340芯片模塊為例

CH340C模塊
CH340C USB轉TTL模塊以CH340C芯片為核心，內部自帶晶振，最高波特率可達2Mbps，軟件兼容CH341驅動，過流保護，引出相應的通訊接口與電源接口，通訊接口帶有指示燈指示工作狀態(tài)，通訊穩(wěn)定，體積小。

CH40C特點：
①全速USB驅動，兼容USB2.0
②硬件全雙工串口，內置收發(fā)緩沖區(qū)
③支持波特率50bps~2Mbps
④輸出TTL電平3.3V，兼容5V的IO電平

輸入輸出接口引腳均帶有LED指示燈
電源接口引腳中，5V的接口引腳帶有LED指示燈

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二、使用HAL庫進行STM32的USART串口通信
（一）UART常用函數(shù)
1.串口句柄
HAL庫在結構上，對每個外設抽象成了一個稱為ppp_HandleTypeDef的結構體，其中ppp就是每個外設的名字。所有的函數(shù)都是工作在ppp_HandleTypeDef指針之下。

例如，使用USART1時，可以定義USART初始化結構體變量（全局變量）huart。

UART_HandleTypeDef huart1;
huart1就被稱為串口的句柄，它被貫穿整個USART收發(fā)的流程。

2.HAL_UART_Transmit

通過該函數(shù)可向串口寄存器 USART_DR 寫入一個數(shù)據(jù)，當向該寄存器寫數(shù)據(jù)的時候，串口就會自動發(fā)送。
函數(shù)原型：

3.HAL_UART_Receive_IT

作用是開啟接收中斷，同時設置接收的緩存區(qū)以及接收的數(shù)據(jù)量，并進入回調函數(shù)。
函數(shù)原型：

HAL_UART_Receive_IT函數(shù)是啟動串口接收并且是中斷接收，需要在初始化USART外設之后才能被調用。

在使能了USART接收中斷之后，stm32在每次接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)之后，就會自動運行USART1_IRQHandler函數(shù)一次，但不會每次都運行一次HAL_UART_RxCpltCallback函數(shù)。只有當接收到數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)與在HAL_UART_Receive_IT函數(shù)設定的接收數(shù)目相等時才會運行一次接收完成回調函數(shù)。

注：一定要在進入while前寫一次，為了開啟中斷（回調函數(shù)里面也會寫的）

4.HAL_UART_RxCpltCallback
在判斷到是接到串口數(shù)據(jù)并且數(shù)據(jù)數(shù)目達到設定值時就會調用接收完成回調函數(shù)HAL_UART_RxCpltCallback。這樣我們在回調函數(shù)中實現(xiàn)我們的應用程序。

當CPU向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，會產生接收中斷，然后進入中斷服務函數(shù)，調用回調函數(shù)，回調函數(shù)才是我們進行中斷處理的地方

（二）程序編寫

1.STM32CubeMX工程創(chuàng)建

2.編寫程序

（1）STM32系統(tǒng)給windows11連續(xù)發(fā)送“hello windows！”

用keil打開剛剛生成的文件，找到main.c，并在main函數(shù)循環(huán)中使用 HAL_UART_Transmit函數(shù)發(fā)送hello windows！

（2）在持續(xù)發(fā)送“hello windows！”的基礎上，當上位機給stm32發(fā)送一個字符“#”后，stm32暫停發(fā)送“hello windows！”；發(fā)送一個字符“*”后，stm32繼續(xù)發(fā)送
①定義全局變量
打開main.c文件，在void SystemClock_Config(void);之后定義全局變量

②開啟中斷

在進入while循環(huán)之前，寫入HAL_UART_Receive_IT函數(shù)，以啟動串口中斷接收

③進行傳輸

在while循環(huán)中添加傳輸代碼

④重寫中斷處理函數(shù)

在main函數(shù)之后重寫中斷處理函數(shù)

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-786874.html

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