【STM32 学习笔记】USART串口

注意：在串口助手的接收模式中有文本模式和HEX模式两种模式，那么它们有什么区别？
  文本模式和Hex模式是两种不同的文件编辑或浏览模式，不是完全相同的概念。文本模式通常是指以ASCII编码格式表示文本文件的编辑或浏览模式。在文本模式下，文本文件的内容以可读的字符形式显示，包括字母、数字、符号等，这些字符被转换为计算机能够识别和处理的二进制编码。而Hex模式则是指以十六进制编码格式显示文件内容的编辑或浏览模式。在Hex模式下，文件的内容以16进制数值的形式显示，每个字节（byte）用两个十六进制数表示，从0x00到0xFF，可以查看文件的二进制编码，包括数据、指令、标志位等信息。因此，虽然文本模式和Hex模式都是用于文件编辑或浏览的模式，但它们的显示和处理方式不同，用途也不同。

STM32如何才能获取到陀螺仪、蓝牙器等这些外挂模的数据呢？

  这就需要我们在这两个设备之间，连接上一根或多根通信线，通过通信线路发送或者接收数据，完成数据交换，从而实现控制外挂模块和读取外挂模块数据的目的。所以在这里，通信的目的是，将一个设备的数据传送到另一个设备，单片机有了通信的功能，就能与众多别的模块互联，极大地扩展了硬件系统。

下面我们分别对串口通讯协议的物理层及协议层进行讲解。

物理层

  串口通讯的物理层有很多标准及变种，我们主要讲解RS-232标准 ，RS-232标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。
  使用RS-232标准的串口设备间常见的通讯结构见图 串口通讯结构图 。

  在上面的通讯方式中，两个通讯设备的“DB9接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用“RS-232标准”传输数据信号。 由于RS-232电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个“电平转换芯片”转换成控制器能识别的“TTL标准”的电平信号，才能实现通讯。

电平标准

  根据通讯使用的电平标准不同，串口通讯可分为TTL标准及RS-232标准，见表 TTL电平标准与RS232电平标准 。


  使用RS232与TTL电平校准表示同一个信号时的对比见图 RS-232与TTL电平标准下表示同一个信号 。
  因为控制器一般使用TTL电平标准，所以常常会使用MAX3232芯片对TTL及RS-232电平的信号进行互相转换。

RS-232信号线

  在最初的应用中，RS-232串口标准常用于计算机、路由与调制调解器(MODEN，俗称“猫”)之间的通讯 ，在这种通讯系统中， 设备被分为数据终端设备DTE(计算机、路由)和数据通讯设备DCE(调制调解器)。我们以这种通讯模型讲解它们的信号线连接方式及各个信号线的作用。
  在旧式的台式计算机中一般会有RS-232标准的COM口(也称DB9接口)，见图 电脑主板上的COM口及串口线.

  其中接线口以针式引出信号线的称为公头，以孔式引出信号线的称为母头。在计算机中一般引出公头接口，而在调制调解器设备中引出的一般为母头，使用上图中的串口线即可把它与计算机连接起来。通讯时，串口线中传输的信号就是使用前面讲解的RS-232标准调制的。
  在这种应用场合下，DB9接口中的公头及母头的各个引脚的标准信号线接法见图 DB9标准的公头及母头接法 及表 DB9信号线说明 。


  上表中的是计算机端的DB9公头标准接法，由于两个通讯设备之间的收发信号(RXD与TXD)应交叉相连， 所以调制调解器端的DB9母头的收发信号接法一般与公头的相反，两个设备之间连接时，只要使用“直通型”的串口线连接起来即可， 见图 计算机与调制调解器的信号线连接 。

  串口线中的RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信号，使用逻辑 1表示信号有效，逻辑0表示信号无效。 例如，当计算机端控制DTR信号线表示为逻辑1时，它是为了告知远端的调制调解器，本机已准备好接收数据，0则表示还没准备就绪。
  在目前的其它工业控制使用的串口通讯中，一般只使用RXD、TXD以及GND三条信号线， 直接传输数据信号，而RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信号都被裁剪掉了。

协议层

  串口通讯的数据包由发送设备通过自身的TXD接口传输到接收设备的RXD接口。在串口通讯的协议层中， 规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据， 其组成见图 串口数据包的基本组成 。

串口中，每一个字节都装载在一个数据帧里面，每个数据帧都由起始位、数据位和停止位组成.

波特率

  本章中主要讲解的是串口异步通讯，异步通讯中由于没有时钟信号(如前面讲解的DB9接口中是没有时钟信号的)， 所以两个通讯设备之间需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码， 图 串口数据包的基本组成中用虚线分开的每一格就是代表一个码元。常见的波特率为4800、9600、115200等。
  例如，如果每隔1秒发送一位，那么接收方也必须每隔1秒接收一位。如果接收方过早接收，则可能会重复接收某些位；如果接收方过晚接收，则可能会错过某些位。因此，发送方和接收方必须约定好传输速率，这个速率参数，就是波特率。那反应到波形上，比如我们双方规定波特率为1000bps，那就表示，1s要发1000位，每一位的时间就是1ms，发送方每隔1ms发送一位，接收方每隔1ms接收一位，这就是波特率，它决定了每隔多久发送一位。

通讯的起始和停止信号

• 起始位：
    它是标志一个数据帧的开始，固定为低电平。首先，串口的空闲状态是高电平，也就是没有数据传输的时候，然后需要传输的时候，必须要先发送一个起始位，这个起始位必须是低电平，来打破空闲状态的高电平，产生一个下降沿。这个下降沿，就告诉接收设备，这一帧数据要开始了。如果没有起始位，那当我发送8个1的时候，是不是数据线就一直都是高电平，没有任何波动，对吧。这样，接收方怎么知道我发送数据了呢。
• 停止位：
    同理，在一个字节数据发送完成后，必须要有一个停止位，这个停止位的作用是，用于数据帧间隔，固定为高电平。同时这个停止位，也是为下一个起始位做准备的，如果没有停止位，那当我数据最后一位是0的时候，下次再发送新的一帧，是不是就没法产生下降沿了，对吧。这就是起始位和停止位的作用。起始位固定为0，产生下降沿，表示传输开始；停止位固定为1，把引脚恢复成高电平，方便下一次的下降沿，如果没有数据了，正好引脚也为高电平，代表空闲状态。
• 数据位：
    这里数据位表示数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行。比如我要发送一个字节，是0x0F，那就首先把0F转换为二进制，就是0000 1111，然后低位先行，所以数据要从低位开始发送，也就是1111 0000，像这样，依次放在发送引脚上。所以说如果你想发0x0F这一个字节数据，那就按照波特率要求，定时翻转引脚电平，产生一个这样的波形就行了。

有效数据

  在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为5、6、7或8位长。

数据校验

  最后看一下校验位，它的用途是，用于数据验证，是根据数据位计算得来的。这里串口，使用的是一种叫奇偶校验的数据验证方法，奇偶校验可以判断数据传输是不是出错了。如果数据出错了，可以选择丢弃或者要求重传，校验可以选择3种方式，无校验、奇校验和偶校验。无校验，就是不需要校验位，波形就是左边这个，起始位、数据位、停止位，总共3个部分。

  奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个8位长的有效数据为：01101001，此时总共有4个“1”， 为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是8位的有效数据加上1位的校验位总共9位。
  偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数， 比如数据帧：11001010，此时数据帧“1”的个数为4个，所以偶校验位为“0”。
  0校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1校验是校验位总为“1”。

  当然奇偶校验的检出率并不是很高，比如如果有两位数据同时出错。奇偶特性不变，那就校验不出来了，所以奇偶校验只能保证一定程度上的数据校验。如果想要更高的检出率，可以了解一下CRC校验，这个校验会更加好用，当然也会更复杂。我们这个STM32内部也有CRC的外设，可以了解一下，那到这里，串口的时序我们就了解了。

说明：我们这里的数据位，有两种表示方法，一种是把校验位作为数据位的一部分，分为8位数据和9位数据，其中9位数据，就是8位有效载荷和1位校验位；另一种就是把数据位和校验位独立开，数据位就是有效载荷，校验位就是独立的1位，像我这上面的描述，就是把数据位和校验位分开描述了，在串口助手里也是分开描述，总之，无论是合在一起，还是分开描述，描述的都是同一个东西，这个应该也好理解。

串口时序

  总结一下就是，TX引脚输出定时翻转的高低电平，RX引脚定时读取引脚的高低电平。每个字节的数据加上起始位、停止位、可选的校验位，打包为数据帧，依次输出在TX引脚，另一端RX引脚依次接收，这样就完成了字节数据的传递，这就是串口通信。

STM32的USART串口

  另外我们经常还会遇到串口，叫UART，少了个S，就是通用异步收发器，一般我们串口很少使用这个同步功能，所以USART和UART使用起来，也没有什么区别。其实这个STM32的USART同步模式，只是多了个时钟输出而已，它只支持时钟输出，不支持时钟输入，所以这个同步模式更多的是为了，兼容别的协议或者特殊用途而设计的，并不支持两个USART之间进行同步通信。所以我们学习串口，主要还是异步通信。

  串行通信一般是以帧格式传输数据，即是一帧一帧的传输，每帧包含有起始信号、数据信息、停止信息， 可能还有校验信息。USART就是对这些传输参数有具体规定，当然也不是只有唯一一个参数值，很多参数值都可以自定义设置，只是增强它的兼容性。
  我们之前学习了串口的协议，串口主要就是靠收发这样的、约定好的波形来进行通信的，那这个USART外设，就是串口通信的硬件支持电路。

  这个同步模式，就是多了个时钟CLK的输出；硬件流控制，比如A设备的TX脚向B设备的RX脚发送数据，A设备一直在发，发的太快了，B处理不过来，如果没有硬件流控制，那B就只能抛弃新数据或者覆盖原数据了。如果有硬件流控制，在硬件电路上，会多出一根线，如果B没准备好接收，就置高电平，如果准备好了，就置低电平。A接收到了B反馈的准备信号，就只会在B准备好的时候，才发数据，如果B没准备好，那数据就不会发送出去。这就是硬件流控制，可以防止因为B处理慢而导致数据丢失的问题；之后DMA，是这个串口支持DMA进行数据转运，可以使用DMA转运数据，减轻CPU的负担；最后，智能卡、IrDA、LIN，这些是其他的一些协议。因为这些协议和串口是非常的像，所以STM32就对USART加了一些小改动，就能兼容这么多协议了，不过我们一般不用，像这些协议，Up主也都没用过。

USART框图详解

引脚部分：

TX： 发送数据输出引脚。

RX： 接收数据输入引脚。

SCLK： 发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。

下面这里的SWRX、IRDA_OUT/IN这些是智能卡和IrDA通信的引脚，我们不用这些协议，所以这些引脚就不用管的。
SW_RX： 数据接收引脚，只用于单线和智能卡模式，属于内部引脚，没有具体外部引脚。
nRTS： 请求以发送(Request To Send)，n表示低电平有效。如果使能RTS流控制，当USART接收器准备好接收新数据时就会将nRTS变成低电平； 当接收寄存器已满时，nRTS将被设置为高电平。该引脚只适用于硬件流控制。
nCTS： 清除以发送(Clear To Send)，n表示低电平有效。如果使能CTS流控制，发送器在发送下一帧数据之前会检测nCTS引脚， 如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。

数据寄存器：

  USART_DR包含了已发送的数据或者接收到的数据。USART_DR实际是包含了两个寄存器，一个专门用于发送的可写TDR， 一个专门用于接收的可读RDR。这两个寄存器占用同一个地址在程序上，只表现为一个寄存器。当进行发送操作时，往USART_DR写入数据会自动存储在TDR内；当进行读取操作时，向USART_DR读取数据会自动提取RDR数据。

USART数据寄存器(USART_DR)只有低9位有效，并且第9位数据是否有效要取决于USART控制寄存器1(USART_CR1)的M位设置， 当M位为0时表示8位数据字长，当M位为1表示9位数据字长，我们一般使用8位数据字长。

  TDR和RDR都是介于系统总线和移位寄存器之间。串行通信是一个位一个位传输的，发送时把TDR内容转移到发送移位寄存器， 然后把移位寄存器数据每一位发送出去，接收时把接收到的每一位顺序保存在接收移位寄存器内然后才转移到RDR。
  USART支持DMA传输，可以实现高速数据传输，具体DMA使用将在DMA章节讲解。

移位寄存器：

  然后往下看，下面是两个移位寄存器，一个用于发送，一个用于接收。发送移位寄存器的作用就是，把一个字节的数据一位一位地移出去，正好对应串口协议的波形的数据位。
这两个寄存器是怎么工作的呢？（图中主要讲的是发送寄存器）

注意一下，当TXE标志位置1时，数据其实还没有发送出去，只要数据从TDR转移到发送移位寄存器了，TXE就会置1，我们就可以写入新的数据了。【就是发送数据寄存器里一直有数据，而发送移位寄存器里的数据一旦移位完成，那么发送数据寄存器里的数据就会立刻传输进入发送移位寄存器里再次传输】
  看一下接收端这里，也是类似的。数据从RX引脚通向接收移位寄存器，在接收器控制的驱动下，一位一位地读取RX电平，先放在最高位，然后向右移，移位8次之后，就能接收一个字节了。同样，因为串口协议规定是低位先行，所以接收移位寄存器是从高位往低位这个方向移动的。之后，当一个字节移位完成之后，这一个字节的数据就会整体地，一下子转移到接收数据寄存器RDR里来，在转移的过程中，也会置一个标志位叫RXNE （RXNot Empty），接收数据寄存器非空，当我们检测到RXNE置1之后，就可以把数据读走了。同样，这里也是两个寄存器进行缓存，当数据从移位寄存器转移到RDR时，就可以直接移位接收下一帧数据了。
  这就是USART外设整个的工作流程，其实讲到这里，这个外设的主要功能就差不多了。大体上，就是数据寄存器和移位寄存器，发送移位寄存器往TX引脚移位，接收移位寄存器从RX引脚移位。当然发送还需要加上帧头帧尾，接收还需要剔除帧头帧尾，这些操作，它内部有电路会自动执行。我们知道有硬件帮我们做了这些工作就行了

接着我们继续看一下下面的控制部分和一些其他的增强功能

硬件流控：

  下面这里是发送器控制，它就是用来控制发送移位寄存器的工作的；接收器控制，用来控制接收移位寄存器的工作；然后左边这里，有一个硬件数据流控，也就是硬件流控制，简称流控。
  这里流控有两个引脚，一个是nRTS，一个是nCTS。nRTS（Request To Send）是请求发送，是输出脚，也就是告诉别人，我当前能不能接收；nCTS （Clear To Send）是清除发送，是输入脚，也就是用于接收别人nRTS的信号的。

这里前面加个n意思是低电平有效，那这两个脚上怎么玩的呢？
  首先，我们需要找到一个支持流控的串口，并将它的TX连接到我们的RX。同时，我们的RTS需要输出一个接收反馈信号，并将其连接到对方的CTS。当我们可以接收数据时，RTS会置为低电平，请求对方发送。对方的CTS接收到信号后，就可以继续发送数据。如果处理不过来，比如接收数据寄存器未及时读取，导致新数据无法接收，此时RTS会置为高电平，对方的CTS接收到信号后，就会暂停发送，直到接收数据寄存器被读取，RTS重新置为低电平，数据才会继续发送。
  当我们的TX向对方发送数据时，对方的RTS会连接到我们的CTS，用于判断对方是否可以接收数据。TX和CTS是一对对应的信号，RX和RTS也是一对对应的信号。此外，CTS和RTS之间也需要交叉连接，这就是流控的工作模式。然而，我们一般不使用流控，因此只需要了解一下即可。（少用原因应该是多消耗两根通信线）

SCLK控制：

  接着继续看右边这个模块，这部分电路用于产生同步的时钟信号，它是配合发送移位寄存器输出的，发送寄存器每移位一次，同步时钟电平就跳变一个周期。时钟告诉对方，我移出去一位数据，你看要不要让我这个时钟信号来指导你接收一下？当然这个时钟只支持输出，不支持输入，所以两个USART之间，不能实现同步的串口通信。

那这个时钟信号有什么用呢？

兼容别的协议。比如串口加上时钟之后，就跟SPI协议特别像,所以有了时钟输出的串口，就可以兼容SPI。另外这个时钟也可以做自适应波特率，比如接收设备不确定发送设备给的什么波特率，然后再计算得到波特率，不过这就需要另外写程序来实现这个功能了。这个时钟功能，我们一般不用，所以也是了解一下就行

唤醒单元：

  这部分的作用是实现串口挂载多设备。我们之前说，串口一般是点对点的通信（只支持两个设备互相通信）。而多设备，在一条总线上，可以接多个从设备，每个设备分配一个地址，我想跟某个设备通信，就先进行寻址，确定通信对象。那回到这里，这个唤醒单元就可以用来实现多设备的功能，在这里可以给串口分配一个地址，当你发送指定地址时，此设备唤醒开始工作，当你发送别的设备地址时，别的设备就唤醒工作，这个设备没收到地址，就会保持沉默。这样就可以实现多设备的串口通信了，这部分功能我们一般不用。

中断输出控制：

  中断申请位，就是状态寄存器这里的各种标志位，状态寄存器这里，有两个标志位比较重要，一个是TXE发送寄存器空，另一个是RXNE接收寄存器非空，这两个是判断发送状态和接收状态的必要标志位，剩下的标志位，了解一下就行。中断输出控制这里，就是配置中断是不是能通向NVIC，这个应该好理解

波特率发生器部分：

  波特率发生器其实就是分频器，APB时钟进行分频，得到发送和接收移位的时钟。看一下，这里时钟输入是fPCLKx（x=1或2），（USART1挂载在APB2，所以就是PCLK2的时钟，一般是72M；其他的USART都挂载在APB1，所以是PCLK1的时钟，一般是36M）之后这个时钟进行一个分频，除一个USARTDIV的分频系数，并且分为了整数部分和小数部分，因为有些波特率，用72M除一个整数的话，可能除不尽，会有误差。所以这里分频系数是支持小数点后4位的，分频就更加精准，之后分频完之后，还要再除个16，得到发送器时钟和接收器时钟，通向控制部分。然后右边这里，如果TE (TX Enable）为1，就是发送器使能了，发送部分的波特率就有效；如果RE（RX Enable）为1，就是接收器使能了，接收部分的波特率就有效。

然后剩下还有一些寄存器的指示
比如各个CR控制寄存器的哪一位控制哪一部分电路，SR状态寄存器都有哪些标志位，这些可以自己看看手册里的寄存器描述，那里的描述比这里清晰很多

引脚定义表，这里复用功能这一栏，就给出了每个USART它的各个引脚都是复用在了哪个GPIO上的。

这些引脚都必须按照引脚定义里的规定来，或者看一下重映射这里，有没有重映射，这里有USART1的重映射，所以有机会换一次口，剩下引脚，就没有机会作为USART1的接口了。

USART基本结构

那到这里，USART的基本结构就讲完了。

几个小细节

数据帧：
这个图，是在程序中配置8位字长和9位字长的波形对比。这里的字长，就是我们前面说的数据位长度。他这里的字长，是包含校验位的，是这种描述方式。

总的来说，这里有4种选择，9位字长，有校验或无校验；8位字长，有校验或无校验。但我们最好选择9位字长 有校验，或8位字长 无校验，这两种，这样每一帧的有效载荷都是1字节，这样才舒服。

配置停止位：
那最后这些时钟什么的，和上面也都是类似的
接下来我们继续来看这个数据帧，看一下不同停止位的波形变化。STM32的串口，可以配置停止位长度为0.5、1、1.5、2，这四种。

  这四种参数的区别，就是停止位的时长不一样。第一个是1个停止位，这时停止位的时长就和数据位的一位，时长一样；然后是1.5个停止位，这时的停止位就是数据位一位，时长的1.5倍；2个停止位，那停止位时长就是2倍；0.5个停止位，时长就是0.5倍。这个也好理解，就是控制停止位时长的，一般选择1位停止位就行了，其他的参数不太常用。这个是停止位。

起始位侦测和数据采样：
  那之后，我们继续来看一些细节问题，这两个图展示的是USART电路输入数据的一些策略。对于串口来说，根据我们前面的介绍，可以想到，串口的输出TX应该是比输入RX简单很多，输出你就定时翻转TX引脚高低电平就行了。但是输入，就复杂一些。你不仅要保证，输入的采样频率和波特率一致，还要保证每次输入采样的位置，【要正好处于每一位的正中间，只有在每一位的正中间采样，这样高低电平读进来，才是最可靠的，如果你采样点过于靠前或靠后，那有可能高低电平还正在翻转，电平还不稳定，或者稍有误差，数据就采样错了】。另外，输入最好还要对噪声有一定的判断能力，如果是噪声，最好能置个标志位提醒我一下，这些就是输入数据所面临的问题。
那我们来看一下STM32是如何来设计输入电路的呢？

  第一个图展示了USART的起始位侦测。当输入电路侦测到数据帧的起始位后，将以波特率的频率连续采样一帧数据。同时，从起始位开始，采样位置要对齐到位的正中间。只要第一位对齐了，后面就都是对齐的。
  为了实现这些功能，输入电路对采样时钟进行了细分，以波特率的16倍频率进行采样。在一位的时间里，可以进行16次采样。比如最开始时，空闲状态为高电平，采样一直是1。在某个位置突然采到0，说明两次采样之间出现了下降沿，如果没有噪声，那之后就应该是起始位了。在起始位，会进行连续16次采样，没有噪声的话，这16次采样肯定都是0。但是实际电路还是会存在一些噪声，所以这里即使出现下降沿了，后续也要再采样几次以防万一。
  根据手册描述，接收电路在下降沿之后的第3次、5次、7次进行一批采样，在第8次、9次、10次再进行一批采样。这两批采样都要求每3位里面至少应有2个0。如果没有噪声，那肯定全是0，满足情况；如果有一些轻微的噪声导致3位里面只有两个0，另一个是1，那也算是检测到了起始位（但是在状态寄存器里会置一个NE（Noise Error），提醒你数据收到了但是有噪声，你悠着点用）；如果3位里面只有1个0，那就不算检测到了起始位，可能前面那个下降沿是噪声导致的，这时电路就忽略前面的数据重新开始捕捉下降沿。
  这就是STM32的串口在接收过程中对噪声的处理。如果通过了这个起始位侦测那接收状态就由空闲变为接收起始位同时第8、9、10次采样的位置就正好是起始位的正中间。之后接收数据位时就在第8、9、10次进行采样这样就能保证采样位置在位的正中间了。这就是起始位侦测和采样位置对齐的策略。

那紧跟着，我们就可以看这个数据采样的流程了。

  这里，从1到16，是一个数据位的时间长度，在一个数据位，有16个采样时钟，由于起始位侦测已经对齐了采样时钟，所以，这里就直接在第8、9、10次采样数据位。为了保证数据的可靠性，这里是连续采样3次，没有噪声的理想情况下，这3次肯定全为1或者全为0，全为1，就认为收到了1，全为0，就认为收到了0；如果有噪声，导致3次采样不是全为1或者全为0，那它就按照2：1的规则来，2次为1，就认为收到了1，2次为0，就认为收到了0，在这种情况下，噪声标志位NE也会置1，告诉你，我收到数据了，但是有噪声，你悠着点用，这就是检测噪声的数据采样，可见STM32对这个电路的设计考虑还是很充分的

波特率发生器：
那最后，我们再来看一下波特率发生器

为什么这里公式有个16，因为它内部还有一个16倍波特率的采样时钟，所以这里输入时钟/DV要等于16倍的波特率，最终计算波特率，自然要多除一个16了。
举个例子，比如我要配置USART1为9600的波特率，那如何配置这个BRR寄存器呢？
我们代入公式，就是9600等于 USART1的时钟是72M 除 16倍的DIV，解得，DIV=72M/9600/16，最终等于468.75，则二进制数是11101 0100.11v。所以最终写到这个寄存器就是整数部分为11101 0100，前面多出来的补0，小数部分为11，后面多出来的补0。这就是根据波特率写BRR寄存器的方法，了解一下，不过，我们用库函数配置的话，就非常方便，需要多少波特率，直接写就行了，库函数会自动帮我们算。

手册讲解
USB转串口模块的内部电路图

代码实战：串口发送&&串口发送+接受

9-1串口发送：
  下面这个是我们的USB转串口的模块，这里有个跳线帽，上节也说过，要插在VCC和3V3这两个脚上，选择通信的TTL电平为3.3V，然后通信引脚，TXD和RXD，要接在STM32的PA9和PA10口。为什么是这两个口呢，我们看一下引脚定义表就知道USART1的TX是PA9, RX是PA10，我们计划用USART1进行通信，所以就选这两个脚。TX和RX交叉连接，这边一定要注意，别接错了。然后，两个设备之间要把负极接在一起，进行共地，一般多个系统之间互连，都要进行共地。最后，这个串口模块和STLINK都要插在电脑上，这样，STM32和串口模块都有独立供电，所以这里通信的电源正极就不需要接了。

  当然我们第一个代码，只有STM32发送的部分，所以，通信线只有这个发送的有用，另一根线，第一个代码没有用到，暂时可以不接，在我们下一个串口发送+接收的代码，两根通信线就都需要接了。所以我们把这两根通信线一起都接上吧，这样两个代码的接线图是一模一样的。

老规矩，上来先写一个初始化函数

• 第一步，开启时钟，把需要用的USART和GPIO的时钟打开
• 第二步，GPIO初始化，把TX配置成复用输出，RX配置成输入
• 第三步，配置USART，直接使用一个结构体,就可以把这里所有的参数都配置好了
• 第四步，如果你只需要发送的功能，就直接开启USART，初始化就结束了。如果你需要接收的功能，可能还需要配置中断，那就在开启USART之前，再加上ITConfig和NVIC的代码就行了。

那初始化完成之后，如果要发送数据，调用一个发送函数就行了；如果要接收数据，就调用接收的函数；如果要获取发送和接收的状态，就调用获取标志位的函数，这就是USART外设的使用思路。

Serial.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>/*** 函    数：串口初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Serial_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);	//开启USART1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/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);					//将PA9引脚初始化为复用推挽输出/*USART初始化*/USART_InitTypeDef USART_InitStructure;					//定义结构体变量USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;				//波特率USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//硬件流控制，不需要USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;			//模式，选择为发送模式USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;		//奇偶校验，不需要USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;	//停止位，选择1位USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;		//字长，选择8位USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);				//将结构体变量交给USART_Init，配置USART1/*USART使能*/USART_Cmd(USART1, ENABLE);								//使能USART1，串口开始运行
}/*** 函    数：串口发送一个字节* 参    数：Byte 要发送的一个字节* 返 回 值：无*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1, Byte);		//将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//等待发送完成/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}/*** 函    数：串口发送一个数组* 参    数：Array 要发送数组的首地址* 参    数：Length 要发送数组的长度* 返 回 值：无*/
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//遍历数组{Serial_SendByte(Array[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：串口发送一个字符串* 参    数：String 要发送字符串的首地址* 返 回 值：无*/
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)//遍历字符数组（字符串），遇到字符串结束标志位后停止{Serial_SendByte(String[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：次方函数（内部使用）* 返 回 值：返回值等于X的Y次方*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{uint32_t Result = 1;	//设置结果初值为1while (Y --)			//执行Y次{Result *= X;		//将X累乘到结果}return Result;
}/*** 函    数：串口发送数字* 参    数：Number 要发送的数字，范围：0~4294967295* 参    数：Length 要发送数字的长度，范围：0~10* 返 回 值：无*/
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//根据数字长度遍历数字的每一位{Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');	//依次调用Serial_SendByte发送每位数字}
}/*** 函    数：使用printf需要重定向的底层函数* 参    数：保持原始格式即可，无需变动* 返 回 值：保持原始格式即可，无需变动*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);			//将printf的底层重定向到自己的发送字节函数return ch;
}/*** 函    数：自己封装的prinf函数* 参    数：format 格式化字符串* 参    数：... 可变的参数列表* 返 回 值：无*/
void Serial_Printf(char *format, ...)
{char String[100];				//定义字符数组va_list arg;					//定义可变参数列表数据类型的变量argva_start(arg, format);			//从format开始，接收参数列表到arg变量vsprintf(String, format, arg);	//使用vsprintf打印格式化字符串和参数列表到字符数组中va_end(arg);					//结束变量argSerial_SendString(String);		//串口发送字符数组（字符串）
}

mian.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();						//OLED初始化Serial_Init();						//串口初始化/*串口基本函数*/Serial_SendByte(0x41);				//串口发送一个字节数据0x41uint8_t MyArray[] = {0x42, 0x43, 0x44, 0x45};	//定义数组Serial_SendArray(MyArray, 4);		//串口发送一个数组Serial_SendString("\r\nNum1=");		//串口发送字符串Serial_SendNumber(111, 3);			//串口发送数字/*下述3种方法可实现printf的效果*//*方法1：直接重定向printf，但printf函数只有一个，此方法不能在多处使用*/printf("\r\nNum2=%d", 222);			//串口发送printf打印的格式化字符串//需要重定向fputc函数，并在工程选项里勾选Use MicroLIB/*方法2：使用sprintf打印到字符数组，再用串口发送字符数组，此方法打印到字符数组，之后想怎么处理都可以，可在多处使用*/char String[100];					//定义字符数组sprintf(String, "\r\nNum3=%d", 333);//使用sprintf，把格式化字符串打印到字符数组Serial_SendString(String);			//串口发送字符数组（字符串）/*方法3：将sprintf函数封装起来，实现专用的printf，此方法就是把方法2封装起来，更加简洁实用，可在多处使用*/Serial_Printf("\r\nNum4=%d", 444);	//串口打印字符串，使用自己封装的函数实现printf的效果Serial_Printf("\r\n");while (1){}
}

9-2 串口发送+接受

Serial.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>uint8_t Serial_RxData;		//定义串口接收的数据变量
uint8_t Serial_RxFlag;		//定义串口接收的标志位变量/*** 函    数：串口初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Serial_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);	//开启USART1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/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);					//将PA9引脚初始化为复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA10引脚初始化为上拉输入/*USART初始化*/USART_InitTypeDef USART_InitStructure;					//定义结构体变量USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;				//波特率USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//硬件流控制，不需要USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;	//模式，发送模式和接收模式均选择USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;		//奇偶校验，不需要USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;	//停止位，选择1位USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;		//字长，选择8位USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);				//将结构体变量交给USART_Init，配置USART1/*中断输出配置*/USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);			//开启串口接收数据的中断/*NVIC中断分组*/NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);			//配置NVIC为分组2/*NVIC配置*/NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;					//定义结构体变量NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;		//选择配置NVIC的USART1线NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//指定NVIC线路使能NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;		//指定NVIC线路的抢占优先级为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;		//指定NVIC线路的响应优先级为1NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);							//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设/*USART使能*/USART_Cmd(USART1, ENABLE);								//使能USART1，串口开始运行
}/*** 函    数：串口发送一个字节* 参    数：Byte 要发送的一个字节* 返 回 值：无*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1, Byte);		//将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//等待发送完成/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}/*** 函    数：串口发送一个数组* 参    数：Array 要发送数组的首地址* 参    数：Length 要发送数组的长度* 返 回 值：无*/
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//遍历数组{Serial_SendByte(Array[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：串口发送一个字符串* 参    数：String 要发送字符串的首地址* 返 回 值：无*/
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)//遍历字符数组（字符串），遇到字符串结束标志位后停止{Serial_SendByte(String[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：次方函数（内部使用）* 返 回 值：返回值等于X的Y次方*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{uint32_t Result = 1;	//设置结果初值为1while (Y --)			//执行Y次{Result *= X;		//将X累乘到结果}return Result;
}/*** 函    数：串口发送数字* 参    数：Number 要发送的数字，范围：0~4294967295* 参    数：Length 要发送数字的长度，范围：0~10* 返 回 值：无*/
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//根据数字长度遍历数字的每一位{Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');	//依次调用Serial_SendByte发送每位数字}
}/*** 函    数：使用printf需要重定向的底层函数* 参    数：保持原始格式即可，无需变动* 返 回 值：保持原始格式即可，无需变动*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);			//将printf的底层重定向到自己的发送字节函数return ch;
}/*** 函    数：自己封装的prinf函数* 参    数：format 格式化字符串* 参    数：... 可变的参数列表* 返 回 值：无*/
void Serial_Printf(char *format, ...)
{char String[100];				//定义字符数组va_list arg;					//定义可变参数列表数据类型的变量argva_start(arg, format);			//从format开始，接收参数列表到arg变量vsprintf(String, format, arg);	//使用vsprintf打印格式化字符串和参数列表到字符数组中va_end(arg);					//结束变量argSerial_SendString(String);		//串口发送字符数组（字符串）
}/*** 函    数：获取串口接收标志位* 参    数：无* 返 回 值：串口接收标志位，范围：0~1，接收到数据后，标志位置1，读取后标志位自动清零*/
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{if (Serial_RxFlag == 1)			//如果标志位为1{Serial_RxFlag = 0;return 1;					//则返回1，并自动清零标志位}return 0;						//如果标志位为0，则返回0
}/*** 函    数：获取串口接收的数据* 参    数：无* 返 回 值：接收的数据，范围：0~255*/
uint8_t Serial_GetRxData(void)
{return Serial_RxData;			//返回接收的数据变量
}/*** 函    数：USART1中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行*           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制*           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入*/
void USART1_IRQHandler(void)
{if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)		//判断是否是USART1的接收事件触发的中断{Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);				//读取数据寄存器，存放在接收的数据变量Serial_RxFlag = 1;										//置接收标志位变量为1USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);			//清除USART1的RXNE标志位//读取数据寄存器会自动清除此标志位//如果已经读取了数据寄存器，也可以不执行此代码}
}

main.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"uint8_t RxData;			//定义用于接收串口数据的变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "RxData:");/*串口初始化*/Serial_Init();		//串口初始化while (1){if (Serial_GetRxFlag() == 1)			//检查串口接收数据的标志位{RxData = Serial_GetRxData();		//获取串口接收的数据Serial_SendByte(RxData);			//串口将收到的数据回传回去，用于测试OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);	//显示串口接收的数据}}
}

USART串口数据包

先来看两张图，是关于我规定的数据包格式，一种是HEX数据包，一种是文本数据包，之后两个图，展示的就是接收数据包的思路。

接着我们来研究几个问题：

• 第一个问题：包头包尾和数据载荷重复的问题，这里定义FF为包头，FE为包尾，如果我传输的数据本身就是FF和FE怎么办呢？那这个问题确实存在，如果数据和包头包尾重复，可能会引起误判。对应这个问题我们有如下几种解决方法：第一种，限制载荷数据的范围。如果可以的话，我们可以在发送的时候，对数据进行限幅，比如XYZ，3个数据，变化范围都可以是0~100 那就好办了，我们可以在载荷中只发送0-100的数据，这样就不会和包头包尾重复了；第二种，如果无法避免载荷数据和包头包尾重复，那我们就尽量使用固定长度的数据包。这样由于载荷数据是固定的，只要我们通过包头包尾对齐了数据，我们就可以严格知道，哪个数据应该是包头包尾，哪个数据应该是载荷数据。在接收载荷数据的时候，我们并不会判断它是否是包头包尾，而在接收包头包尾的时候，我们会判断它是不是确实是包头包尾，用于数据对齐。这样，在经过几个数据包的对齐之后，剩下的数据包应该就不会出现问题了；第三种，增加包头包尾的数量，并且尽量让它呈现出载荷数据出现不了的状态。比如我们使用FF、FE作为包头，FD、FC作为包尾，这样也可以避免载荷数据和包头包尾重复的情况发生
• 第二个问题：这个包头包尾并不是全部都需要的，比如我们可以只要一个包头，把包尾删掉，这样数据包的格式就是，一个包头FF，加4个数据，这样也是可以的。当检测到FF，开始接收，收够4个字节后，置标志位，一个数据包接收完成，这样也可以。不过这样的话，载荷和包头重复的问题会更严重一些，比如最严重的情况下，我载荷全是FF，包头也是FF，那你肯定不知道哪个是包头了，而加上了FE作为包尾，无论数据怎么变化，都是可以分辨出包头包尾的。
• 第三个问题：固定包长和可变包长的选择问题，对应HEX数据包来说,如果你的载荷会出现和包头包尾重复的情况,那就最好选择固定包长,这样可以避免接收错误,如果你又会重复，又选择可变包长那数据很容易就乱套了；如果载荷不会和包头包尾重复，那可以选择可变包长，数据长度，像这样，4位、3位、等等，1位、10位，来回任意变，肯定都没问题。因为包头包尾是唯一的，只要出现包头，就开始数据包，只要出现包尾，就结束数据包，这样就非常灵活了，这就是固定包长和可变包长选择的问题。
• 最后一个问题：各种数据转换为字节流的问题。这里数据包都是一个字节一个字节组成的，如果你想发送16位的整型数据、32位的整型数据，float、double，甚至是结构体，其实都没问题，因为它们内部其实都是由一个字节一个字节组成的，只需要用一个uint8_t的指针指向它，把它们当做一个字节数组发送就行了。

好，有关HEX数据包定义的内容，就讲这么多，接下来看一下文本数据包。

  文本数据包和HEX数据包分别对应了文本模式和HEX模式。在HEX数据包中，数据以原始字节形式呈现。而在文本数据包中，每个字节经过了一层编码和译码，最终以文本格式呈现。实际上，每个文本字符背后都有一个字节的HEX数据。
  综上所述，我们需要根据实际场景来选择和设计数据包格式。在需要直接传输和简单解析原始数据的情况下，HEX数据包是更好的选择。而在需要输入指令进行人机交互的场合，文本数据包则更为适用。

  好，数据包格式的定义讲完了，接下来我们就来学一下数据包的收发流程。
  首先，发送数据包的过程相对简单。在发送HEX数据包时，可以通过定义一个数组，填充数据，然后使用之前我们写过的SendArray函数发送即可。在发送文本数据包时，可以通过写一个字符串，然后调用SendString函数发送。因此，发送数据包的过程是可控的，我们可以根据需要发送任何类型的数据包。相比之下，接收数据包的过程较为复杂。
  那接下来，接收一个数据包，这就比较复杂了，我们来学习一下，我这里演示了固定包长HEX数据包的接收方法，和可变包长文本数据包的接收方法，其他的数据包也都可以套用这个形式，等会儿我们写程序就会根据这里面的流程来。

  我们先看一下如何来接收这个固定包长的HEX数据包。要接收固定包长的HEX数据包，我们需要设计一个状态机来处理。根据之前的代码，我们知道每当收到一个字节，程序会进入中断。在中断函数里，我们可以获取这个字节，但获取后需要退出中断。因此，每个收到的数据都是独立的过程，而数据包则具有前后关联性，包括包头、数据和包尾。为了处理这三种状态，我们需要设计一个能够记住不同状态的机制，并在不同状态下执行不同的操作，同时进行状态合理转移。这种程序设计思维就是“状态机”。

  这就是使用状态机接收数据包的思路。这个状态机其实是一种很广泛的编程思路，在很多地方都可以用到，使用的基本步骤是，先根据项目要求定义状态，画几个圈，然后考虑好各个状态在什么情况下会进行转移，如何转移，画好线和转移条件，最后根据这个图来进行编程，这样思维就会非常清晰了。
  那接下来继续，我们来看一下这个可变包长、文本数据包的接收流程。

  好，到这里，我们这个数据包的，定义、分类、优缺点和注意事项，就讲完了，接下来，我们就来写程序，验证一下刚才所学的内容吧。

代码实战：串口收发HEX数据包&&串口收发文本数据包

9-3 串口收发HEX数据包

Serial.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>uint8_t Serial_TxPacket[4];				//定义发送数据包数组，数据包格式：FF 01 02 03 04 FE
uint8_t Serial_RxPacket[4];				//定义接收数据包数组
uint8_t Serial_RxFlag;					//定义接收数据包标志位/*** 函    数：串口初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Serial_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);	//开启USART1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/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);					//将PA9引脚初始化为复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA10引脚初始化为上拉输入/*USART初始化*/USART_InitTypeDef USART_InitStructure;					//定义结构体变量USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;				//波特率USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//硬件流控制，不需要USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;	//模式，发送模式和接收模式均选择USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;		//奇偶校验，不需要USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;	//停止位，选择1位USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;		//字长，选择8位USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);				//将结构体变量交给USART_Init，配置USART1/*中断输出配置*/USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);			//开启串口接收数据的中断/*NVIC中断分组*/NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);			//配置NVIC为分组2/*NVIC配置*/NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;					//定义结构体变量NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;		//选择配置NVIC的USART1线NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//指定NVIC线路使能NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;		//指定NVIC线路的抢占优先级为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;		//指定NVIC线路的响应优先级为1NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);							//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设/*USART使能*/USART_Cmd(USART1, ENABLE);								//使能USART1，串口开始运行
}/*** 函    数：串口发送一个字节* 参    数：Byte 要发送的一个字节* 返 回 值：无*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1, Byte);		//将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//等待发送完成/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}/*** 函    数：串口发送一个数组* 参    数：Array 要发送数组的首地址* 参    数：Length 要发送数组的长度* 返 回 值：无*/
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//遍历数组{Serial_SendByte(Array[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：串口发送一个字符串* 参    数：String 要发送字符串的首地址* 返 回 值：无*/
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)//遍历字符数组（字符串），遇到字符串结束标志位后停止{Serial_SendByte(String[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：次方函数（内部使用）* 返 回 值：返回值等于X的Y次方*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{uint32_t Result = 1;	//设置结果初值为1while (Y --)			//执行Y次{Result *= X;		//将X累乘到结果}return Result;
}/*** 函    数：串口发送数字* 参    数：Number 要发送的数字，范围：0~4294967295* 参    数：Length 要发送数字的长度，范围：0~10* 返 回 值：无*/
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//根据数字长度遍历数字的每一位{Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');	//依次调用Serial_SendByte发送每位数字}
}/*** 函    数：使用printf需要重定向的底层函数* 参    数：保持原始格式即可，无需变动* 返 回 值：保持原始格式即可，无需变动*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);			//将printf的底层重定向到自己的发送字节函数return ch;
}/*** 函    数：自己封装的prinf函数* 参    数：format 格式化字符串* 参    数：... 可变的参数列表* 返 回 值：无*/
void Serial_Printf(char *format, ...)
{char String[100];				//定义字符数组va_list arg;					//定义可变参数列表数据类型的变量argva_start(arg, format);			//从format开始，接收参数列表到arg变量vsprintf(String, format, arg);	//使用vsprintf打印格式化字符串和参数列表到字符数组中va_end(arg);					//结束变量argSerial_SendString(String);		//串口发送字符数组（字符串）
}/*** 函    数：串口发送数据包* 参    数：无* 返 回 值：无* 说    明：调用此函数后，Serial_TxPacket数组的内容将加上包头（FF）包尾（FE）后，作为数据包发送出去*/
void Serial_SendPacket(void)
{Serial_SendByte(0xFF);Serial_SendArray(Serial_TxPacket, 4);Serial_SendByte(0xFE);
}/*** 函    数：获取串口接收数据包标志位* 参    数：无* 返 回 值：串口接收数据包标志位，范围：0~1，接收到数据包后，标志位置1，读取后标志位自动清零*/
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{if (Serial_RxFlag == 1)			//如果标志位为1{Serial_RxFlag = 0;return 1;					//则返回1，并自动清零标志位}return 0;						//如果标志位为0，则返回0
}/*** 函    数：USART1中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行*           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制*           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入*/
void USART1_IRQHandler(void)
{static uint8_t RxState = 0;		//定义表示当前状态机状态的静态变量static uint8_t pRxPacket = 0;	//定义表示当前接收数据位置的静态变量if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)		//判断是否是USART1的接收事件触发的中断{uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);				//读取数据寄存器，存放在接收的数据变量/*使用状态机的思路，依次处理数据包的不同部分*//*当前状态为0，接收数据包包头*/if (RxState == 0){if (RxData == 0xFF)			//如果数据确实是包头{RxState = 1;			//置下一个状态pRxPacket = 0;			//数据包的位置归零}}/*当前状态为1，接收数据包数据*/else if (RxState == 1){Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;	//将数据存入数据包数组的指定位置pRxPacket ++;				//数据包的位置自增if (pRxPacket >= 4)			//如果收够4个数据{RxState = 2;			//置下一个状态}}/*当前状态为2，接收数据包包尾*/else if (RxState == 2){if (RxData == 0xFE)			//如果数据确实是包尾部{RxState = 0;			//状态归0Serial_RxFlag = 1;		//接收数据包标志位置1，成功接收一个数据包}}USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);		//清除标志位}
}

main.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "Key.h"uint8_t KeyNum;			//定义用于接收按键键码的变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化Key_Init();			//按键初始化Serial_Init();		//串口初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "TxPacket");OLED_ShowString(3, 1, "RxPacket");/*设置发送数据包数组的初始值，用于测试*/Serial_TxPacket[0] = 0x01;Serial_TxPacket[1] = 0x02;Serial_TxPacket[2] = 0x03;Serial_TxPacket[3] = 0x04;while (1){KeyNum = Key_GetNum();			//获取按键键码if (KeyNum == 1)				//按键1按下{Serial_TxPacket[0] ++;		//测试数据自增Serial_TxPacket[1] ++;Serial_TxPacket[2] ++;Serial_TxPacket[3] ++;Serial_SendPacket();		//串口发送数据包Serial_TxPacketOLED_ShowHexNum(2, 1, Serial_TxPacket[0], 2);	//显示发送的数据包OLED_ShowHexNum(2, 4, Serial_TxPacket[1], 2);OLED_ShowHexNum(2, 7, Serial_TxPacket[2], 2);OLED_ShowHexNum(2, 10, Serial_TxPacket[3], 2);}if (Serial_GetRxFlag() == 1)	//如果接收到数据包{OLED_ShowHexNum(4, 1, Serial_RxPacket[0], 2);	//显示接收的数据包OLED_ShowHexNum(4, 4, Serial_RxPacket[1], 2);OLED_ShowHexNum(4, 7, Serial_RxPacket[2], 2);OLED_ShowHexNum(4, 10, Serial_RxPacket[3], 2);}}
}

9-4 串口收发文本数据包

Serial.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>char Serial_RxPacket[100];				//定义接收数据包数组，数据包格式"@MSG\r\n"
uint8_t Serial_RxFlag;					//定义接收数据包标志位/*** 函    数：串口初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Serial_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);	//开启USART1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/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);					//将PA9引脚初始化为复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA10引脚初始化为上拉输入/*USART初始化*/USART_InitTypeDef USART_InitStructure;					//定义结构体变量USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;				//波特率USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//硬件流控制，不需要USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;	//模式，发送模式和接收模式均选择USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;		//奇偶校验，不需要USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;	//停止位，选择1位USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;		//字长，选择8位USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);				//将结构体变量交给USART_Init，配置USART1/*中断输出配置*/USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);			//开启串口接收数据的中断/*NVIC中断分组*/NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);			//配置NVIC为分组2/*NVIC配置*/NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;					//定义结构体变量NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;		//选择配置NVIC的USART1线NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//指定NVIC线路使能NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;		//指定NVIC线路的抢占优先级为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;		//指定NVIC线路的响应优先级为1NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);							//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设/*USART使能*/USART_Cmd(USART1, ENABLE);								//使能USART1，串口开始运行
}/*** 函    数：串口发送一个字节* 参    数：Byte 要发送的一个字节* 返 回 值：无*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1, Byte);		//将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//等待发送完成/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}/*** 函    数：串口发送一个数组* 参    数：Array 要发送数组的首地址* 参    数：Length 要发送数组的长度* 返 回 值：无*/
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//遍历数组{Serial_SendByte(Array[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：串口发送一个字符串* 参    数：String 要发送字符串的首地址* 返 回 值：无*/
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)//遍历字符数组（字符串），遇到字符串结束标志位后停止{Serial_SendByte(String[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据}
}/*** 函    数：次方函数（内部使用）* 返 回 值：返回值等于X的Y次方*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{uint32_t Result = 1;	//设置结果初值为1while (Y --)			//执行Y次{Result *= X;		//将X累乘到结果}return Result;
}/*** 函    数：串口发送数字* 参    数：Number 要发送的数字，范围：0~4294967295* 参    数：Length 要发送数字的长度，范围：0~10* 返 回 值：无*/
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++)		//根据数字长度遍历数字的每一位{Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');	//依次调用Serial_SendByte发送每位数字}
}/*** 函    数：使用printf需要重定向的底层函数* 参    数：保持原始格式即可，无需变动* 返 回 值：保持原始格式即可，无需变动*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);			//将printf的底层重定向到自己的发送字节函数return ch;
}/*** 函    数：自己封装的prinf函数* 参    数：format 格式化字符串* 参    数：... 可变的参数列表* 返 回 值：无*/
void Serial_Printf(char *format, ...)
{char String[100];				//定义字符数组va_list arg;					//定义可变参数列表数据类型的变量argva_start(arg, format);			//从format开始，接收参数列表到arg变量vsprintf(String, format, arg);	//使用vsprintf打印格式化字符串和参数列表到字符数组中va_end(arg);					//结束变量argSerial_SendString(String);		//串口发送字符数组（字符串）
}/*** 函    数：USART1中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无* 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行*           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制*           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入*/
void USART1_IRQHandler(void)
{static uint8_t RxState = 0;		//定义表示当前状态机状态的静态变量static uint8_t pRxPacket = 0;	//定义表示当前接收数据位置的静态变量if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)	//判断是否是USART1的接收事件触发的中断{uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);			//读取数据寄存器，存放在接收的数据变量/*使用状态机的思路，依次处理数据包的不同部分*//*当前状态为0，接收数据包包头*/if (RxState == 0){if (RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0)		//如果数据确实是包头，并且上一个数据包已处理完毕{RxState = 1;			//置下一个状态pRxPacket = 0;			//数据包的位置归零}}/*当前状态为1，接收数据包数据，同时判断是否接收到了第一个包尾*/else if (RxState == 1){if (RxData == '\r')			//如果收到第一个包尾{RxState = 2;			//置下一个状态}else						//接收到了正常的数据{Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;		//将数据存入数据包数组的指定位置pRxPacket ++;			//数据包的位置自增}}/*当前状态为2，接收数据包第二个包尾*/else if (RxState == 2){if (RxData == '\n')			//如果收到第二个包尾{RxState = 0;			//状态归0Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';			//将收到的字符数据包添加一个字符串结束标志Serial_RxFlag = 1;		//接收数据包标志位置1，成功接收一个数据包}}USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);		//清除标志位}
}

mian.c部分：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "LED.h"
#include "string.h"int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化LED_Init();			//LED初始化Serial_Init();		//串口初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "TxPacket");OLED_ShowString(3, 1, "RxPacket");while (1){if (Serial_RxFlag == 1)		//如果接收到数据包{OLED_ShowString(4, 1, "                ");OLED_ShowString(4, 1, Serial_RxPacket);				//OLED清除指定位置，并显示接收到的数据包/*将收到的数据包与预设的指令对比，以此决定将要执行的操作*/if (strcmp(Serial_RxPacket, "LED_ON") == 0)			//如果收到LED_ON指令{LED1_ON();										//点亮LEDSerial_SendString("LED_ON_OK\r\n");				//串口回传一个字符串LED_ON_OKOLED_ShowString(2, 1, "                ");OLED_ShowString(2, 1, "LED_ON_OK");				//OLED清除指定位置，并显示LED_ON_OK}else if (strcmp(Serial_RxPacket, "LED_OFF") == 0)	//如果收到LED_OFF指令{LED1_OFF();										//熄灭LEDSerial_SendString("LED_OFF_OK\r\n");			//串口回传一个字符串LED_OFF_OKOLED_ShowString(2, 1, "                ");OLED_ShowString(2, 1, "LED_OFF_OK");			//OLED清除指定位置，并显示LED_OFF_OK}else						//上述所有条件均不满足，即收到了未知指令{Serial_SendString("ERROR_COMMAND\r\n");			//串口回传一个字符串ERROR_COMMANDOLED_ShowString(2, 1, "                ");OLED_ShowString(2, 1, "ERROR_COMMAND");			//OLED清除指定位置，并显示ERROR_COMMAND}Serial_RxFlag = 0;			//处理完成后，需要将接收数据包标志位清零，否则将无法接收后续数据包}}
}