【STM32】| 01——常用外设 | USART

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失败了也挺可爱，成功了就超帅。

前言

本文描述串口相关原理、配置及使用
如基础收发功能、串口+DMA+IDEL接收一帧数据、防止数据丢失加入环形缓冲区等
环境：stm32f103zet6 keil HAL库

1. 基础理论

串口能干吗 可以用来通信。串口通信是我们常用的设备通信方式。下面先从涉及的相关概念说起

1.1 并行通信和串行通信

一般通信方式可以分为两类
1、串行通信 如串口、SPI、IIC等
2、并行通信 如SRAM等

1.2 同步通信和异步通信

1.3 单工/半双工/全双工

根据数据传输方向可以分为这三种

1.4 电平信号(RS232/TTL)和差分信号(RS485)

他们都用于串口。TTL、RS232/485都算电器上标准 都是基于串口的 这里简单大概介绍详细的可自行看下哦

TTL应用：单片机连接电脑通过串口助手通信：单片机如果没板载 串口转TTL的芯片的话 就需要通过 单片机串口接 USB转TLL然后插到电脑上
其他也需要相应的转换器或板载转换芯片

1.5 端口(COM)

一般我们指物理接口 比如DB9
当我们用串口助手 时需要选择 COM几
因为电脑识别到串口设备后显示为端口 COM几
USB-TTL/RS232/485 都会识别为端口

2. 串口理论

串口通信是串行通信的一种。也是全双工异步通信。

2.1 串口物理连接

串口接线 中有最多 5根 TX/RX/RTS/CTS/GND
一般我们只用 TX/RX/GND 3根
其他两根用作流控：即通信过程中 握手

2.1.1 多个单片机之间串口连接

MCU通常带有串口功能 直接使用串口对应引脚连接就可以

2.1.2 单片机和其他设备连接

串口和电脑连接
1、单片机板载USB转串口 如板载CH340芯片等

2、单片机通过外部USB转TTL 连接电脑

单片机和传感器串口连接
1、单片机连接输出RS485信号的传感器


以上列举了几种
总结
单片机（TTL）串口连接 RS232/485需要进行相应转换

2.2 串口数据信号

串口数据按照以下方式 数据一位一位传输的
下图是串口数据帧组成

奇校验：数据位中1的个数为奇数 该位为1 反之为0
如数据位 00101101 4个1偶数 奇校验该位为1 偶校验该位为0

还有传输最重要的参数 那就是传输速度。
串口的传输速度称为波特率 只有在相同波特率下才可以通信。

所以我们在使用串口时需要配置它的波特率 数据位停止位 校验位这几个参数。

2.3 MCU串口外设

不同厂商的都大同小异 我这里以stm32为例
我们通过看查 STM32参考手册 去看串口详细描述即功能框图
通过看查我们可以了解到 stm32 USART外设 通用同步异步串口收发器
也就是说这个串口也可以同步用也可以异步全双工 它还有其他额外功能
比如 支持IRDA SIR(串行红外)、智能卡模拟还有一些检测校验等。
下面我们详细看下他的功能框图

发送一个数据 先给到发送数据寄存器 通过移位寄存器一位一位送走
接收一个数据从接收数据寄存器获取
具体一些含义通过阅读相关寄存器描述可以很清楚了解这里就步多说了
总的来说 我们使用这个串口外设时候有很多功能 比如发送完成会产生中断
接收也可以 空闲检测等等这些在一些数据处理或应用中极其有用。
多读参考手册 多翻寄存器 对底层了解清楚那么遇到一些问题就很容易解决

3. 串口实践

主要讲述 HAL库所以 使用Cubemx生成 记录如何配置以及使用起来

3.1 串口查询式收发

Cubemx配置

新建好对应芯片工程后
首先配置时钟系统 使用HSE外部晶振 系统时钟设置为最高 STM32F103 72MHZ

开始配置串口 我们用串口1
我们可以看到配置波特率 停止位 校验位 数据位选项 然后
软件自动帮我们配置了串口1默认引脚

编写发送代码

可以通过 functions选项看查usart HAL库函数API

每秒发送程序运行次数

编写接收代码

可以看到虽然我有时以下发送了好几个字节 串口一直是一个一个接收发送的

进入debug 验证一下

3.2 串口中断式收发

3.3 串口DMA收发

3.4 串口DMA空闲空断接收

3.5 环形缓冲区