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32单片机——串口

news 来源：原创 2025/5/14 15:19:47

1、通信

通信的方式可以分为多种：

（1）按照数据传送方式可分为串行通信和并行通信；

①串行通信

基本特征：数据逐位顺序依次传输

优点：传输线少、布线成本低、灵活度高等优点，一般用于近距离人机交互，特殊处理后也可以用于远距离

缺点：传输速率低

②并行通信

基本特征：数据各位可以通过多条线同时传输

优点：传输速率高

缺点：布线成本高，抗干扰能力差因而适用于短距离、高速率的通信

（2）按照通信的数据同步方式，可分为异步通信和同步通信

①同步通信

要求通信双方共用同一时钟信号，在总线上保持统一的时序和周期完成信息传输

优点：可以实现高速率、大容量的数据传输，以及点对多点传输

缺点：要求发送时钟和接收时钟保持严格同步，收发双方时钟允许的误差较小，同时硬件复杂

②异步通信

不需要时钟信号，而是在数据信号中加入开始位和停止位等一些同步信号，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来，某些通信中还需要双方约定传输速率

优点：没有时钟信号硬件简单，双方时钟可允许一定误差

缺点：通信速率较低，只适用点对点传输

（3）按照数据的传输方向又可分为单工、半双工和全双工通信

①单工：数据传输仅能沿一个方向，不能实现反方向传输。如校园广播

②半双工：数据共用一条线路沿着两个方向，但是需要分时进行。如对讲机

③全双工：数据利用两条线路同时进行双向传输，一条用于发送数据，另一条用于接收数据。如打电话

1.1 通信速率

衡量通信性能的一个非常重要的参数就是通信速率，通常以比特率(Bitrate)来表示。比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒（ bps）

如：每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率为：10位×240个/秒=2400bps

波特率表示每秒钟传输了多少个码元。而码元是通信信号调制的概念，通信中常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的信号称为码元。

如：常见的通信传输中，用0V表示数字0，5V 表示数字1，那么一个码元可以表示两种状态0和1，所以一个码元等于一个二进制比特位，此时波特率的大小与比特率一致；如果在通信传输中，有0V、2V、4V以及6V分别表示二进制数00、01、10、11，那么每个码元可以表示四种状态，即两个二进制比特位，所以码元数是二进制比特位数的一半，这个时候的波特率为比特率的一半

由于很多常见的通信中一个码元都是表示两种状态，所以我们常常直接以波特率来表示比特率

1.2 常见的串行通信接口

2、串口（RS-232）

串口通信是一种设备间常用的串行通信方式，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据

串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括 RS-232、RS-422和RS-485等

2.1 RS-232接口（DB9）

（1）数据：

TXD（pin 3）：串口数据输出

RXD（pin 2）：串口数据输入

（2）握手：

RTS（pin 7）：请求发送

CTS（pin 8）：清除发送

DSR（pin 6）：数据发送就绪

DCD（pin 1）：数据载波检测

DTR（pin 4）：数据终端就绪

（3）地线：GND（pin 5）：信号地

（4）其他：RI（pin 9）：振铃指示

2.2 RS-232通信

注意：两个设备之间的TXD和RXD，必须交差连接，方可正常通信

2.3 STM32串口与电脑USB口通信

注意：两个设备之间的TXD和RXD，必须交差连接，方可正常通信

2.4 RS-232电平、COMS电平与TTL电平的区别

一般情况下

（1）RS-232电平

逻辑1：-15V ~ -3V

逻辑0：+15V ~ +3V

（2）COMS电平

逻辑1：3.3V

逻辑0：0V

（3）TTL电平

逻辑1：5V

逻辑0：0V

3、STM32的USART

USART：Universal synchronous asynchronous receiver transmitter，通用同步异步收发器，常用的是异步通信

（1）特征

①全双工异步通信

②单线半双工通信

③单独的发送器和接收器使能位

④可配置使用DMA的多缓冲器通信

⑤多个带标志的中断源

（2）外设的引脚

USART框图

①USART信号引脚

TX：发送数据输出引脚

RX：接收数据输入引脚

SW_RX：数据接收引脚，属于内部引脚，用于智能卡模式

IrDA_RDI：IrDA 模式下的数据输入

IrDA_TDO：IrDA模式下的数据输出

nRTS：发送请求，若是低电平，表示USART准备好接收数据

nCTS：清除发送，若是高电平，在当前数据传输结束时阻断下一次的数据发送

SCLK：发送器时钟输出，适用于同步传输

②数据寄存器

USART_DR包含了已发送或接收到的数据，它由两个寄存器组成，一个专门给发送用的（TDR），一个专门给接收用的（RDR），该寄存器具备读和写的功能

TDR寄存器提供了内部总线和输出移位寄存器之间的并行接口

RDR寄存器提供了输入移位寄存器和内部总线之间的并行接口

当进行数据发送操作时，往USART_DR中写入数据会自动存储在TDR内；当进行读取操作时，向USART_DR读取数据会自动提去RDR数据

发送数据的流程

接收数据的流程

③控制器

USART有专门控制发送的发送器，控制接收的接收器，还有唤醒单元、中断控制等等

④时钟与波特率

主要功能：为USART提供时钟以及配置波特率，常用的波特率：4800、9600、115200

4、案例

根据接收到不同的指令，进行不同的操作（0x0d--回车--\r；0x0a--换行--\n）
0x21 0x0d 0x0a ----> led0亮
0x22 0x0d 0x0a ----> led0灭
0x23 0x0d 0x0a ----> beep响
0x24 0x0d 0x0a ----> beep不响

串口的配置文件：【免费】32单片机-串口的配置资源-CSDN文库

main.c

#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/EXTI/exti.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"

int main(void){
uint16_t count;
HAL_Init();
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); //设置系统时钟
delay_init(72);

led_init();
beep_init();

usart_init(115200); //串口
while (1){
//实时监测状态变量的值
if(g_usart_rx_sta & 0x8000){ //接收到bit15位
count=g_usart_rx_sta & 0x3fff;
HAL_UART_Transmit(&g_uart1_handle,(uint8_t *)g_usart_rx_buf,count,1000); //将指定内容发送出去
/*
分析接收到的内容/指令进行不同的操作
*/
if((g_usart_rx_sta & 0xc000)==0xc000){ // 0xC000表示同时设置了bit15和bit14
if(g_usart_rx_buf[0]==0x21){ //led0亮
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);
}else if(g_usart_rx_buf[0]==0x22){ //led0灭
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
}else if(g_usart_rx_buf[0]==0x23){ //beep响
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
}else if(g_usart_rx_buf[0]==0x24){ //beep不响
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
}
}
//等待发送完成
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&g_uart1_handle,UART_FLAG_TC)!=SET);
g_usart_rx_sta=0;
}else{
delay_ms(20);
}
}
}

HAL_UART_Transmit

用于通过UART（串口）发送数据

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

①参数1：UART句柄，用于标识不同的UART模块

②参数2：要发送的数据缓冲区指针

③参数3：要发送的数据长度

④参数4：发送超时时间，单位为毫秒

__HAL_UART_GET_FLAG

用来获取状态寄存器的标志位

#define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR & (__FLAG__)) == (__FLAG__))

①参数1：串口句柄

②参数2：标志位宏

UART_FLAG_TC

#define UART_FLAG_TC ((uint32_t)USART_SR_TC)

#define USART_SR_TC USART_SR_TC_Msk /* 传输完成 */