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STM32之串口通信蓝牙（BLE）

news 来源：原创 2025/7/5 21:59:22

一、串口通信的原理与应用

通信的方式

处理器与外部设备之间或者处理器与处理器之间通信的方式分两种：串行通信和并行通信。

串行通信

传输原理：数据按位依次顺序传输（每一位占据固定的时间长度 MSB or LSB）

优点：占用引脚资源少、成本低、传输距离远

缺点：速度慢

应用场合：常用于工控、测量设备，以及部分通信设备如蓝牙模块、WIFI模块...

并行通信

传输原理：数据按位同时传输（按照字节或者字节的倍数去传输）

优点：速度快

缺点：占用引脚多，成本高、传输距离近、抗干扰能力弱

应用场合：一般适用数据量大、传输距离较近的场合如计算机总线

串行通信分类

如果按照数据的传送方向，可以分为3种

单工：数据只能从一方传向另一方，而不能往反方向传输。这是根据应用的特点，对通信双方的软、硬件进行了简化。单向传输设备，如并行接口打印机就是通过单工的方式进行数据传输的。

半双工：允许数据往两方传向传输，但只能交替进行，而不能同时进行的传输方式。常见应用如对讲机。

全双工：数据支持同时在两个方向上传输，就相当于两个单工通信的结合如移动电话

如果按照数据的同步方式，可以分为2种

同步通信：指的是带时钟同步信号，如IIC接口和SPI接口都属于同步通信，同步通信要求通信双方的时钟必须一致（发送数据的同时进行接收数据），同步通信是一种连续串行传输数据的通信方式，一次只传输一帧数据，相对于异步通信而言传输速率更高，但是缺点是通信双方必须使用同一个时钟。

异步通信：指的是不带时钟同步信号，如UART接口就属于异步通信，要求通信双方必须具有接收器和发送器，但是接收器和发送器可以使用各自的时钟，异步通信是以字符为单位去传输，由于异步通信工作是非同步的，所以接收器必须时刻做好接收数据的准备，所以每个字符都会使用起始位和停止位代表字符的开始和结束，相比于同步通信而言设备成本低，但是缺点是信道利用率低。

注意：使用异步通信，通信双方要约定好的字符格式和通信速率，否则会导致数据丢失等问题出现

串行接口意义

串行通信就是把数据按位进行顺序传输，在计算机传输的过程中是使用并行通信的，就涉及到串转并和并转串。可以利用软件实现，也可以用硬件实现。如果使用软件实现，会增大CPU的负担，通常使用硬件（串口）实现。

串口是计算机进行串行通信的物理接口，线路简单，串口是按位进行数据的收发，可以用一根线(TXD)发送数据的同时用另一根线接收(RXD)。

常用的串口接口有两种：9针串口（DB-9） 25针串口（DB-25）每种都分为公头和母头

一般DB9串口有9个引脚，但是一般作为串口通信时只需要用到三个引脚，分别是RXD、TXD、GND，其他的线一般用于握手。

单片机如果打算和计算机进行串口通信，则需要注意串口的电平协议，单片机采用的是TTL电平，而计算机采用的RS232电平，所以单片机需要和计算机通信，则需要增加如MAX232电平转换芯片进行电气转换。

TTL电平协议：采用正逻辑电平 +5V等价于逻辑1 0V等价于逻辑0

RS232电平协议：采用负逻辑电平 -15V~-3V等价于逻辑1 +3V~+15V等价于逻辑0

为使通信顺利进行，由通信双方就如何交换信息所建立进来的一套规定，称为通信控制规程，网络术语中称为协议。另外，为统一接口和连接，规程中还有关于信号线功能、电气特性、机械特性等明确的规定，称之为接口标准。如RS-232、RS-485接口标准等。

现在个人计算机提供的串行端口终端的传输速度一般都可以达到115200bps甚至更高，标准串口能够提供的传输速度主要有以下波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bsp、38400bps、57600bps、115200bps等，在仪器仪表或工业控制场合，9600bps是最常见的传输速度，在传输距离较近时，使用最高传输速度也是可以的。

硬件接线说明

但是对于目前来说，很多设备并不会集成DB-9串口，而是直接采用4针的串口（TXD、RXD、GND、VCC），然后通过CH340芯片进行转换，就可以直接通过USB口转串口的方式达到和计算机通信的目的。

如果采用有线方式与PC机进行通信，则需要用到CH340转换芯片，数据会通过USART1串口传输，也就是说需要把UART1的跳线帽1-3短接，2-4短接。

如果采用无线方式与其他传感器进行通信，则不需要用到CH340转换芯片，则需要把UART1的跳线帽3-5短接，4-6短接，另外传感器的TX和RX需要与MCU的UART1的RX和TX进行交叉连接，就是说传感器TX需要连接在MCU的RX，传感器RX需要连接在MCU的TX。

串口通信参数

串口通信属于全双工异步通信，所以通信双方必须具有发送端（TXD）与接收端（RXD），由于异步通信不需要时钟来进行数据同步，但是通信双方必须提前约定好字符格式与通信速率。

字符格式

一般在进行串口通信的时候，需要通信双方在协议层规定好传输的数据包（字符帧）的格式，字符帧由起始位、数据位、校验位、停止位组成。这样通信双方就可以利用起始位和停止位实现同步。关于字符格式的相关参数的说明可以参考STM32中文参考手册第26.3.1章节。

最常用的一种字符格式：1bit的起始位（固定的）+ 8bit数据位 + 无校验位 + 1bit停止位！

奇校验：指的是数据位+校验位里面的数字1的数量是奇数，一般不使用校验位
偶校验：指的是数据位+校验位里面的数字1的数量是偶数，一般不使用校验位

3D人脸识别模块的串口的参数

通信速率

在串口通信中，如果设置好了通信的字符格式，还需要通信双方约定好通信速率，也就是单位时间内传输的有效二进制数的个数，所以也被称为波特率（bps baud pre second）。一般串口通信常用的波特率为9600bps、38400bps、57600bps、115200bps。

波特率：指的是单位时间内传输的码元的数量，单位是bps
比特率：指的是单位时间内传输的二进制码元的数量，单位是bits/s

举个例子：大多数使用串口通信的传感器的字符格式都是8bit数据位、1bit停止位、无奇偶校验位，当然还必须有1bit起始位，所以一帧数据是10bit，如果通信速率设置为9600bps，则单位时间内能传输的数据帧为9600/10 = 960帧。这是使用频率最高的一种通信速率！！！！

USART的使用流程

USART指的是通用同步异步收发器，是STM32中的串行通信设备，STM32F407ZET6一共提供了6个串行接口供用户使用，其中4个为USART，2个为UART。UART指的是通用异步收发器，其实就是在USART的基础上裁掉了同步通信的功能，只保留了异步通信。

平时大家一般都是使用串口的异步通信功能，区分同步还是异步其实很简单，就是看是否在通信是对外提供时钟输出。

程序设计

打开KEIL5工程,然后把ST公司提供的标准外设库的关于USART的源文件添加到工程中

参考并分析ST公司提供的代码例程以及提供的关于USART源文件的开头注释,进行理解

二、蓝牙模块的原理与应用

一般MCU和计算机通信是采用有线方式实现，这种方案的缺点是实用性较差，无法实现良好的人机交互，所以正常应该是采用无线通信的方式实现对MCU的控制，一般主流的无线通信方式有BLE、WIFI、Zigbee、LoRa，无线通信最常见的场景就是利用手机远程控制硬件。

特性	BLE	Wi-Fi	Zigbee	LoRa
输传距离	10-100 米（受功率影响）	30-300 米（室内）	10-100 米（室内）	2-30 公里（开阔地）
数据速率	2Mbp（BLE 5.3）	9.6Gbps（Wi-Fi 6）	250kbps（2.4GHz）	0.3-50kbps
功耗	低（μA 级待机）	高（mA 级连续工作）	极低（两节 AA 电池可用 2 年）	超低（μA 级休眠）
网络容量	8-200 个节点（Mesh）	20-200 个节点	65,000 个节点（Mesh）	数千个节点（星型）
工作频段	2.4GHz（全球通用）	2.4GHz/5GHz/6GHz	2.4GHz/868MHz/915MHz	Sub-GHz（433/868/915MHz）