【嵌入式09】STM32串口通信，发送Hello Windows示例
本文主要描述串口協(xié)議和RS-232標(biāo)準(zhǔn)，RS232電平與TTL電平的區(qū)別，以及"USB/TTL轉(zhuǎn)232"模塊（以CH340芯片模塊為例）的工作原理。
- 一、串口協(xié)議
- 1、設(shè)備之間的通信方式
- 2、STM32串口通信基礎(chǔ)
- UART引腳連接方法
- 3、RS-232通信協(xié)議
- RS-232串口簡(jiǎn)介
- 4、USB轉(zhuǎn)串口CH340接線
- 二、STM32的USART串口通信（查詢方式）
- 1、題目要求
- 2、準(zhǔn)備
- 3、USB轉(zhuǎn)TTL與C8T6相連
- 4、CH340驅(qū)動(dòng)安裝
- 5、代碼撰寫
- 6、串口助手觀察輸出
- 三、STM32的USART串口通信（HAL庫(kù)方式）
- 1、工程文件設(shè)置
- 四、keil觀察串口輸出波形
- 五、總結(jié)
一、串口協(xié)議
根據(jù)百度百科的定義：
串口通信指串口按位（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(shí)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(nèi)容，內(nèi)容包含了起始位、主體數(shù)據(jù)、校驗(yàn)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(guān)規(guī)范。在串口通信中，常用的協(xié)議包括RS-232、RS-422和RS-485。
1、設(shè)備之間的通信方式
一般情況下，設(shè)備之間的通信方式分為串行通信和并行通信。
| 傳輸原理 | 數(shù)據(jù)各個(gè)位同時(shí)傳輸 | 數(shù)據(jù)按位順序傳輸 |
| 優(yōu)點(diǎn) | 速度快 | 占用引腳資源少 |
| 缺點(diǎn) | 占用引腳資源多 | 速度相對(duì)較慢 |
按照數(shù)據(jù)的傳輸方向，串口通信分為：
- 單工：數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸；
- 半雙工：允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸。但是，在某一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信；它不需要獨(dú)立的接收端和發(fā)送端，兩者可以合并一起使用一個(gè)端口；
- 全雙工：允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸。因此，全雙工通信是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合，需要獨(dú)立的接收端和發(fā)送端。
按照通信方式，分為
- 同步通信：帶時(shí)鐘同步信號(hào)傳輸。比如：SPI，IIC通信接口。
- 異步通信：不帶時(shí)鐘同步信號(hào)。比如：UART(通用異步收發(fā)器)，單總線。
在同步通信中，收發(fā)設(shè)備上方會(huì)使用一根信號(hào)線傳輸信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下雙方進(jìn)行協(xié)調(diào)，同步數(shù)據(jù)。例如，通信中通常雙方會(huì)統(tǒng)一規(guī)定在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或者下降沿對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。
在異步通信中不使用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，它們直接在數(shù)據(jù)信號(hào)中穿插一些用于同步的信號(hào)位，或者將主題數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸數(shù)據(jù)。通信中還需要雙方規(guī)約好數(shù)據(jù)的傳輸速率（也就是波特率）等，以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。
在同步通信中，數(shù)據(jù)信號(hào)所傳輸?shù)膬?nèi)容絕大部分是有效數(shù)據(jù)，而異步通信中會(huì)則會(huì)包含數(shù)據(jù)幀的各種標(biāo)識(shí)符，所以同步通訊效率高，但是同步通訊雙方的時(shí)鐘允許誤差小，稍稍時(shí)鐘出錯(cuò)就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，異步通訊雙方的時(shí)鐘允許誤差較大。
常見串口通信的接口
| UART 通用異步收發(fā)器 | TXD：發(fā)送端 RXD：接收端 GND：共地 | 異步通信 | 全雙工 |
| 1-wire 單總線 | DQ：發(fā)送/接收端 | 異步通信 | 半雙工 |
| SPI | SCK：同步時(shí)鐘 MISO：主機(jī)輸入，從機(jī)輸出 MOSI：主機(jī)輸出，從機(jī)輸入 | 同步通信 | 全雙工 |
| I2C | SCK：同步時(shí)鐘 SDA：數(shù)據(jù)輸入/輸出端 | 同步通信 | 半雙工 |
2、STM32串口通信基礎(chǔ)
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）。
對(duì)于大容量STM32F10x系列芯片，分別有3個(gè)USART和2個(gè)UART。
UART引腳連接方法
RXD：數(shù)據(jù)輸入引腳，數(shù)據(jù)接受；
TXD：數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，數(shù)據(jù)發(fā)送。
對(duì)于兩個(gè)芯片之間的連接，兩個(gè)芯片GND共地，同時(shí)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(gè)芯片之間就可以進(jìn)行TTL電平通信了。
3、RS-232通信協(xié)議
若是芯片與PC機(jī)（或上位機(jī)）相連，除了共地之外，就不能這樣直接交叉連接了。
盡管PC機(jī)和芯片都有TXD和RXD引腳，但是通常PC機(jī)（或上位機(jī)）通常使用的都是RS232接口（通常為DB9封裝），因此不能直接交叉連接。
RS232接口是9針（或引腳），通常是TxD和RxD經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換得到的。因此，要想使得芯片與PC機(jī)的RS232接口直接通信，需要也將芯片的輸入輸出端口也電平轉(zhuǎn)換成rs232類型，再交叉連接。
經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后，芯片串口和rs232的電平標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的：
- 單片機(jī)的電平標(biāo)準(zhǔn)（TTL電平）：+5V表示1，0V表示0；
- Rs232的電平標(biāo)準(zhǔn)：+15/+13 V表示0，-15/-13表示1。
RS-232通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)串口的設(shè)備間通訊結(jié)構(gòu)圖如下：
因此，單片機(jī)串口與PC串口通信遵循下面的連接方式：
在單片機(jī)串口與上位機(jī)給出的rs232口之間，通過電平轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。
RS-232串口簡(jiǎn)介
臺(tái)式機(jī)電腦后面的9針接口就是com口(串口) 在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集上應(yīng)用廣泛。
RS232接口（封裝D89）
通信過程中只有兩個(gè)腳參與通信，電路連接時(shí)，連接三個(gè)腳即可。
- 2腳：電腦的輸入RXD
- 3腳：電腦的輸出TXD 通過2 ，3 腳就可以實(shí)現(xiàn)全雙工(可同時(shí)收發(fā))的串行異步通信
- 5腳：接地
PC串口與單片機(jī)串口連接方式：
其中，DB91是在電腦上的 DB92是在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上焊接著的
如果電腦沒有rs232口，只有USB口，可以用串口轉(zhuǎn)接線轉(zhuǎn)出串口，在電腦上位機(jī)上需要安裝驅(qū)動(dòng)程序。
用串口通信比USB簡(jiǎn)單，因?yàn)榇谕ㄐ艣]有協(xié)議，使用方便簡(jiǎn)單。
4、USB轉(zhuǎn)串口CH340接線
USB轉(zhuǎn)串口模塊可以使用5V、3V3電壓供電，需要將跳線帽進(jìn)行安裝。
可以對(duì)USB轉(zhuǎn)串口模塊進(jìn)行測(cè)試，將USB的電壓引腳用跳帽接上，然后將RXD和TXD兩個(gè)引腳用跳帽或者杜邦線接上。
然后打開串口終端，點(diǎn)擊“手動(dòng)發(fā)送”或者“自動(dòng)發(fā)送”，如果在接收區(qū)可以接收到數(shù)據(jù)，說明USB轉(zhuǎn)串口模塊工作正常，否則需要檢查接線是否正確、電路板元器件是否損壞。
下圖是USB轉(zhuǎn)串口模塊的一些功能模塊的標(biāo)示，USB轉(zhuǎn)串口電路板背后還預(yù)留了一些全信號(hào)輸出的接口，可以將電線直接焊接在這些引腳上來使用預(yù)留的功能。
即便管腳沒有這么多，但功能都是差不多的。
USB轉(zhuǎn)串口電路板與單片機(jī)的接線圖，VCC接線是為了單片機(jī)供電，USB轉(zhuǎn)串口的RXD引腳與單片機(jī)的TXD引腳相連，USB轉(zhuǎn)串口的TXD引腳與單片機(jī)的RXD引腳相連，兩者的GND引腳直接相連。
二、STM32的USART串口通信（查詢方式）
1、題目要求
完成一個(gè)STM32的USART串口通訊程序（查詢方式即可，暫不要求采用中斷方式），要求：
1）設(shè)置波特率為115200，1位停止位，無校驗(yàn)位；
2）STM32系統(tǒng)給上位機(jī)（win10）連續(xù)發(fā)送“hello windows！”。win10采用“串口助手”工具接收。
3）在沒有示波器條件下，可以使用Keil的軟件仿真邏輯分析儀功能觀察管腳的時(shí)序波形，更方便動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)試和定位代碼故障點(diǎn)。 請(qǐng)用此功能觀察串口輸出波形，并分析其波形反映的時(shí)序狀態(tài)正確與否，高低電平轉(zhuǎn)換周期（LED閃爍周期）實(shí)際為多少。
2、準(zhǔn)備
STM32F103C8T6最小核心板
USB轉(zhuǎn)TTL
CH340驅(qū)動(dòng)(USB串口驅(qū)動(dòng))_XP_WIN7共用
串口調(diào)試助手XCOM V2.3
相關(guān)資料（CH340驅(qū)動(dòng)、XCOM）會(huì)放置在文末最后的網(wǎng)盤鏈接中
3、USB轉(zhuǎn)TTL與C8T6相連
具體原理請(qǐng)往上翻
| GND | G |
| 3V3 | 3V3 |
| RXD | PA9 |
| TXD | PA10 |
實(shí)際連接如下，注意boot0接跳線帽到1
4、CH340驅(qū)動(dòng)安裝
在電腦設(shè)備管理器處查看有無com端口出現(xiàn)，有即可證明成功。
5、代碼撰寫
這里可以利用CubeMX來做，也可以直接編寫代碼，這里我采取后者形式。
建立工程可以參考之前的博客【嵌入式08】
我將工程模板放到文章最后的網(wǎng)盤鏈接中。
只需要修改下usart.c和test.c文件即可。
在SYSTEM組下雙擊usart.c，其中的uart_init函數(shù)，代碼如下
void uart_init(u32 pclk2,u32 bound) { float temp;u16 mantissa;u16 fraction; temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIVmantissa=temp; //得到整數(shù)部分fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小數(shù)部分 mantissa<<=4;mantissa+=fraction; RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA口時(shí)鐘 RCC->APB2ENR|=1<<14; //使能串口時(shí)鐘 GPIOA->CRH&=0XFFFFF00F;//IO狀態(tài)設(shè)置GPIOA->CRH|=0X000008B0;//IO狀態(tài)設(shè)置 RCC->APB2RSTR|=1<<14; //復(fù)位串口1RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止復(fù)位 //波特率設(shè)置USART1->BRR=mantissa; // 波特率設(shè)置 USART1->CR1|=0X200C; //1位停止,無校驗(yàn)位. #if EN_USART1_RX //如果使能了接收//使能接收中斷 USART1->CR1|=1<<5; //接收緩沖區(qū)非空中斷使能 MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//組2，最低優(yōu)先級(jí) #endif }從該代碼可以看出，其初始化串口的過程，和我們前面介紹的一致。先計(jì)算得到USART1->BRR 的內(nèi)容。然后開始初始化串口引腳，然之后設(shè)置波特率和奇偶校驗(yàn)等。
這里需要注意一點(diǎn)，因?yàn)槲覀兪褂玫搅舜诘闹袛嘟邮?#xff0c;必須在 usart.h 里面設(shè)置EN_USART1_RX 為 1（默認(rèn)設(shè)置就是 1 的）。該函數(shù)才會(huì)配置中斷使能，以及開啟串口 1 的 NVIC中斷。這里我們把串口 1 中斷放在組 2，優(yōu)先級(jí)設(shè)置為組 2 里面的最低。
在test.c中編寫如下代碼：
#include "sys.h" #include "usart.h" #include "delay.h" int main(void) { u16 t; u16 len; u16 times=0;Stm32_Clock_Init(9); //系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置delay_init(72); //延時(shí)初始化uart_init(72,115200); //串口初始化為115200while(1){if(USART_RX_STA&0x8000){ len=USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度printf("\r\n Hello Windows! \r\n\r\n");for(t=0;t<len;t++){USART1->DR=USART_RX_BUF[t];while((USART1->SR&0X40)==0);//等待發(fā)送結(jié)束}printf("\r\n\r\n");//插入換行USART_RX_STA=0;}else{times++;if(times%200==0)printf("Hello Windows!\r\n"); delay_ms(10); }} }重點(diǎn)看下以下兩句：
USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
while((USART1->SR&0X40)==0);//等待發(fā)送結(jié)束
第一句，其實(shí)就是發(fā)送一個(gè)字節(jié)到串口，通過直接操作寄存器來實(shí)現(xiàn)的。
第二句呢，就是我們?cè)趯懥艘粋€(gè)字節(jié)在 USART1->DR 之后，要檢測(cè)這個(gè)數(shù)據(jù)是否已經(jīng)被發(fā)送完成了，通過檢測(cè)USART1->SR 的第 6 位，是否為 1 來決定是否可以開始第二個(gè)字節(jié)的發(fā)送。
編譯成功后燒錄
6、串口助手觀察輸出
打開XCOM串口助手，彈出界面點(diǎn)擊打開串口，即可以接收到C8T6發(fā)送的數(shù)據(jù)Hello Windows!
成功！
三、STM32的USART串口通信（HAL庫(kù)方式）
1、工程文件設(shè)置
新建步驟不再贅述，采用的C8T6核心板，直接來到外設(shè)設(shè)置端
這里，我選用PB5連接LED作為電平顯示
設(shè)置USART2
時(shí)鐘設(shè)置
之后導(dǎo)出Keil文件即可
在main.c文件的主函數(shù)while循環(huán)中添加以下代碼：
之后編譯燒錄即可
四、keil觀察串口輸出波形
邏輯仿真分析儀使用可參考下一篇博客【嵌入式10】
仿真設(shè)置
在沒有示波器條件下，可以使用Keil的軟件仿真邏輯分析儀功能觀察管腳的時(shí)序波形，更方便動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)試和定位代碼故障點(diǎn)。 用此功能觀察串口輸出波形，并分析其波形反映的時(shí)序狀態(tài)正確與否，高低電平轉(zhuǎn)換周期（LED閃爍周期）實(shí)際為多少。
但是通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，觀察PA9、PA10波形一直是平的，沒有變化，后來發(fā)現(xiàn)是沒有用LED高低電平來顯示，因此這里我用PB5進(jìn)行觀察
根據(jù)其周期間隔可以發(fā)現(xiàn)HAL庫(kù)導(dǎo)出工程時(shí)間十分精確。
五、總結(jié)
本文學(xué)習(xí)了描述串口協(xié)議和RS-232標(biāo)準(zhǔn)，RS232電平與TTL電平的區(qū)別，以及"USB/TTL轉(zhuǎn)232"模塊（以CH340芯片模塊為例）的工作原理，并實(shí)際操作串口通信hello windows，受益匪淺。
XCOM、CH340、新建工程模板網(wǎng)盤連接
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1td7Y95lZehL9IYTZluCzhg
提取碼：u7iw
參考
[1] https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/79887200
[2] https://blog.csdn.net/wangjiaweiwei/article/details/49612207
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的【嵌入式09】STM32串口通信，发送Hello Windows示例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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