uart
串口简介
串口（Serial Port），也称为串行通信接口，是一种用于设备间按位顺序传输数据的通信方式。在嵌入式系统，特别是STM32微控制器中，串口是非常常见的通信接口，用于实现设备间的命令交互、数据传输、调试信息输出等任务。
基本概念
串行通信：数据一位接一位地按顺序进行发送和接收，相对于并行通信而言，减少了物理线路数量，降低了成本和复杂性，适用于远距离、低速率或需要节省引脚资源的场合。
异步通信：STM32串口通常采用异步通信方式，数据包由起始位、数据位、校验位（可选）和停止位组成，收发双方无需共享同一时钟信号，而是通过约定的波特率（比特率）和帧格式保持同步。
接口标准
最常用的串口标准是RS-232、RS-485和TTL电平：
- RS-232：传统的串口标准，电气特性为负逻辑（逻辑“1”对应-12V至-3V，逻辑“0”对应+3V至+12V），适用于短距离（<15米）点对点通信。
- RS-485：改进的半双工多点通信标准，具有更好的抗干扰能力和更远的传输距离（>1200米）。电气特性为差分信号，允许连接多个设备。
- TTL电平：适用于嵌入式系统内部或设备间的近距离通信，逻辑“1”对应3.3V或5V，逻辑“0”对应0V。STM32的USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）接口通常直接输出TTL电平，与外部设备通信时可能需要通过电平转换芯片与RS-232或RS-485设备连接。
STM32串口功能特性
STM32微控制器内置多个USART（通用同步异步收发器）或UART（通用异步收发器）接口，支持以下主要功能：
- 数据传输：支持8位或9位数据位长度，奇偶校验（无、奇、偶、标记、空间），1位或2位停止位。
- 波特率设置：通过预分频器和小数波特率发生器配置任意波特率。
- 流控：支持硬件流控（RTS/CTS）和软件流控（XON/XOFF），用于在接收端缓冲区满时暂停发送端数据。
- 多模式支持：除异步通信外，还支持同步通信（如SPI、I2S模式）和单线半双工通信（如LIN模式）。
- 中断与DMA：提供多种中断源（如发送完成、接收完成、接收超时等），并支持DMA传输以减轻CPU负担。
- 多实例：STM32型号各异，但通常提供至少2到5个独立的USART或UART接口。
应用示例
- 设备控制：通过串口发送命令控制外部设备（如电机驱动器、传感器模块等）工作，或接收设备状态反馈。
- 数据采集：传感器或其他数据源通过串口将数据发送给STM32进行处理或存储。
- 调试输出：在开发过程中，通过串口打印日志信息，便于监控程序运行状态。
- 无线模块接口：一些无线模块（如蓝牙、Wi-Fi、LoRa等）提供串口转无线通信的透明传输，STM32通过串口与这些模块通信，实现远程数据交换。
- 多机通信：在RS-485网络中，一个STM32作为主站，其他设备作为从站，通过串口实现多点通信。
编程与配置
STM32串口可通过直接操作寄存器或使用STM32官方提供的HAL库、LL库等进行配置和编程。编程步骤通常包括：
时钟使能：通过RCC寄存器或库函数启用USART/UART接口所需的时钟源。
串口初始化：配置串口工作参数（波特率、数据位、校验位、停止位、流控等），设置中断/DMA相关参数（如使能中断源、配置DMA通道等）。
GPIO配置：将USART/UART相关的TX、RX引脚配置为复用开漏（或推挽）输出和浮空输入模式，并连接到对应的USART/UART外设。
启动串口：使能USART/UART接收和/或发送，并在必要时启动DMA传输。
数据收发：编写发送数据函数（通过USART_SendData等）和接收数据回调函数（中断服务程序或DMA传输完成回调）。
错误处理：监测并处理通信错误，如帧错误、噪声错误、溢出错误等。
综上所述，STM32的串口接口提供了灵活且功能丰富的通信手段，广泛应用于各种嵌入式系统中。根据实际项目需求，选择合适的串口标准、配置相应参数，并编写相应的数据收发代码，即可实现设备间的稳定通信。如果您在实际应用中有具体问题或需要编程指导，欢迎继续提问。
示例代码
#include "reg_uart.h"
// 映射关系：
// PA9 -> TX PA10 -> RX
void reg_uart_init(void)
{
//GPIO时钟开启
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
//配置速度
GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE9 | GPIO_CRH_MODE10);
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9_1 ;//| GPIO_CRH_MODE10_1; //RX->Input,TX->OUT 2MHz
//复用,推挽输出
GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_CNF9 | GPIO_CRH_CNF10);
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1 | GPIO_CRH_CNF10_0;//RX->Floating input, TX->AF_OUT Push-pull
//AFIO 时钟开启
RCC->APB2ENR |=RCC_APB2ENR_AFIOEN;
//默认 PA9/PA10
AFIO->MAPR &= ~AFIO_MAPR_USART1_REMAP;
//串口时钟开启
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;
//8 Data bits,无奇偶校验
USART1->CR1 &= ~(USART_CR1_M | USART_CR1_PCE);
//TE,RE
USART1->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE;
//default: 1 Stop bit
USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP;
//配置bps=115200,则72MHz，查表得39.0625
USART1->BRR = 0x0270|0x0001;
//开启串口
USART1->CR1 |= USART_CR1_UE;
}
uint32_t reg_uart_sendstr(const uint8_t * str,uint32_t len)
{
uint32_t i = 0;
if(0 == len)
{
while(*(str+i) != '\0')
{
//发送一个字节
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = *(str+i);
i++;
}
}
else
{
for(i = 0; i < len && *(str+i) != '\0'; i++)
{
//发送一个字节
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = *(str+i);
}
}
return i;
}
uint32_t reg_uart_sendhex(const uint8_t * str,uint32_t len)
{
uint32_t i = 0;
uint8_t temp = 0x00;
while(i < len)
{
//发送一个字节
temp = "0123456789ABCDEF"[(*(str+i) & 0xf0) >> 4];
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = temp;
temp = "0123456789ABCDEF"[(*(str+i) & 0x0f)];
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = temp;
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = 0x20;
i++;
}
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = '\r';
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = '\n';
return i;
}
void reg_uart_sendbyte(const uint8_t data)
{
//发送一个字节
while(!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
USART1->DR = data;
}
uint8_t reg_uart_recvbyte(void)
{
uint8_t temp;
while(!(USART1->SR & USART_SR_RXNE));
temp = (uint8_t)USART1->DR;
return temp;
}
/**
* @brief printf,scanf需要重定义的函数
*
* 需要注意的是，若此种方式，则需要在MDK中target中勾选
* USE MicroLIB选项
*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
reg_uart_sendbyte(ch);
return ch;
}
int fgetc(FILE *f)
{
return reg_uart_recvbyte();
}
void uart1_demo(void)
{
uint8_t sBuf[9] = "\x1f\x2e\x3d\x4c\x5b\x6a\x79\x80";
reg_uart_init();
while(1)
{
reg_gpio_delay(100);
if(10 != reg_uart_sendstr((const uint8_t *)"UART OK!\r\n",12))
{
reg_uart_sendstr((const uint8_t *)"retLen != needLen!\r\n",0);
}
reg_uart_sendhex(sBuf,8);
}
}
#define RBUF_SIZE 0x400
void uart1_shell_demo(void)
{
static uint8_t tabLen = 8; //默认tab长度等价于8个space
uint8_t rBuf[RBUF_SIZE];
uint32_t rLen = 0;
uint8_t temp = 0x55;
uint32_t i = 0;
led_mode = 0;
reg_gpio_init();
reg_uart_init();
reg_uart_sendstr((const uint8_t *)"uart1_shell_demo\r\n",0);
reg_tim2_init();
reg_time2_intr_init();
//刚刚开始 起始2字符头
reg_uart_sendbyte('>');
reg_uart_sendbyte(' ');
while(1)
{
temp = reg_uart_recvbyte();
if(temp == '\b')
{
if(rLen > 0)
{
reg_uart_sendbyte('\b');
reg_uart_sendbyte(' ');
reg_uart_sendbyte('\b');
rLen --;
}
}
else if(temp == '\r')
{
reg_uart_sendbyte('\r');
reg_uart_sendbyte('\n');
//-----------------------------
// 接收到数据之后，再做处理判断
//-----------------------------
rBuf[rLen] = '\0';
if(0 == strcmp((const char *)rBuf,"led on"))
{
reg_uart_sendstr((uint8_t *)"[Succeed] Led ON !\r\n",0);
led_mode = 1;
}
else if(0 == strcmp((const char *)rBuf,"led off"))
{
reg_uart_sendstr((uint8_t *)"[Succeed] Led OFF !\r\n",0);
led_mode = 0;
}
else if(0 == strcmp((const char *)rBuf,"led flip"))
{
reg_uart_sendstr((uint8_t *)"[Succeed] Led Flip !\r\n",0);
led_mode = 2;
}
else
{
if(rLen != 0)
{
reg_uart_sendstr((uint8_t *)"[Error] unknow command!\r\n",0);
}
}
//-----------------------------
// 数据处理完毕之后，清空buf
//-----------------------------
rLen = 0;
//新一轮开始
reg_uart_sendbyte('>');
reg_uart_sendbyte(' ');
}
else if(temp == '\t')
{
unsigned char taboffset = 0;
taboffset = tabLen - (2+rLen)%tabLen;
for(i = 0; i < taboffset; i++)
{
rBuf[rLen] = ' '; //把tab当成空格存储
reg_uart_sendbyte(' '); //返回也返回空格
}
rLen += taboffset;
}
else if(temp >= 0x20 && temp <= 0x7F)
{
reg_uart_sendbyte(temp);
rBuf[rLen] = temp;
rLen++;
}
else
{
#if 0
//调试信息
reg_uart_sendbyte('\\');
reg_uart_sendbyte('x');
reg_uart_sendbyte("0123456789ABCDEF"[(temp>>4) & 0x0f]);
reg_uart_sendbyte("0123456789ABCDEF"[temp & 0x0f]);
#endif
}
#if 0
switch(led_mode)
{
case 0:
{
LED1_OFF;
}break;
case 1:
{
LED1_ON;
}break;
case 2:
{
//翻转电平
LED1_FLIP;
}break;
}
#endif
}
}
void uart_init(void)
{
USART_InitTypeDef uartConfig;
//----------------------------------------
// 先配置好需要使用的UART1相应的引脚
// 并使能串口时钟
//----------------------------------------
GPIO_InitTypeDef gpioConfig;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
//TX
gpioConfig.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
gpioConfig.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
gpioConfig.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &gpioConfig);
//RX
gpioConfig.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
gpioConfig.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &gpioConfig);
//----------------------------------------
// 再配置UART1相应功能
//----------------------------------------
// 1.串口配置
USART_StructInit(&uartConfig);
uartConfig.USART_BaudRate = 115200;
USART_Init(USART1, &uartConfig);
// 2.使能UART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
// 注意：STM32 上电第一个字节丢失问题
// 在写第一个字节之前，需要先清除TC标志
// 1.读取SR，然后写入DR(复位的时候，直接写入DR，没有读取SR过程，若没有手动清除TC，
// 会出现上述情况)
USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC);
}
void uart_send_string(const uint8_t *str, uint32_t strlen)
{
uint32_t i = 0;
if (0 == strlen)
{
for (i = 0; *str != '\0'; i++)
{
USART_SendData(USART1, *str);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET)
; //等待数据发送完,需要放在USART_SendData前面，否则丢失上电的第一个字节
str++;
}
}
else
{
for (i = 0; i < strlen; i++)
{
USART_SendData(USART1, *str);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET)
; //等待数据发送完,需要放在USART_SendData前面，否则丢失上电的第一个字节
str++;
}
}
}
void uart_send_hex(const uint8_t *str, uint32_t strlen)
{
uint32_t i = 0;
uint8_t temp = 0;
uint8_t enter[3] = "\r\n";
for (i = 0; i < strlen; i++)
{
temp = "0123456789ABCDEF"[(*(str + i) >> 4) & 0x0f];
USART_SendData(USART1, temp);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET)
; //等待数据发送完
temp = "0123456789ABCDEF"[*(str + i) & 0x0f];
USART_SendData(USART1, temp);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET)
; //等待数据发送完
temp = 0x20;
USART_SendData(USART1, temp);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET)
; //等待数据发送完
}
for (i = 0; i < 2; i++)
{
USART_SendData(USART1, enter[i]);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET)
; //等待数据发送完
}
}