STM32——串口通信

一、异步串口通信协议

        STM32 的串口非常强大，它不仅支持最基本的通用串口同步、异步通信，还具有 LIN 总线功能（局域互联网）、IRDA 功能（红外通信）、SmartCard 功能。一般我们利用串口打印调试信息。

二、串口工作过程分析

        我们只需要大概了解串口发送的过程即可。从下至上，我们看到串口外设主要由三个部分组成，分别是波特率控制、收发控制和数据存储转移。

1、 波特率

        波特率，即每秒传输的二进制位数，用 b/s （bps）表示，通过对时钟的控制可以改变波特率。在配置波特率时，我们向波特比率寄存器 USART_BRR 写入参数，修改了串口时钟 的分 频 值USARTDIV 。USART_BRR 寄存 器 包括 两 部分 ， 分别 是 DIV_Mantissa（USARTDIV 的整数部分）和 DIV_Fraction（USARTDIV 的小数）部分，最终，计算公式为 USARTDIV=DIV_Mantissa+（DIV_Fraction/16）。

USARTDIV 是对串口外设的时钟源进行分频的，对于 USART1，由于它挂载在 APB2总线上，所以它的时钟源为 f PCLK2 ；而 USART2、3 挂载在 APB1 上，时钟源则为 fPCLK1，串口的时钟源经过 USARTDIV 分频后分别输出作为发送器时钟及接收器时钟，控制发送和接收的时序。

2、 收发控制

        寄存器 ：CR1、CR2、CR3 和 SR，即USART 的三个控制寄存器（Control Register）及一个状态寄存器（Status Register）。通过向寄存器写入各种控制参数来控制发送和接收，如奇偶校验位、停止位等，还包括对USART 中断的控制；串口的状态在任何时候都可以从状态寄存器中查询得到。具体的控制和状态检查，我们都是使用库函数来实现的。

3、 数据存储转移

        收发控制器根据我们的寄存器配置，对数据存储转移部分的移位寄存器进行控制。当我们需要发送数据时，内核或 DMA 外设（一种数据传输方式，在后面介绍）把数据从内存（变量）写入到发送数据寄存器 TDR 后，发送控制器将适时地自动把数据从 TDR 加载到发送移位寄存器，然后通过串口线 Tx，把数据一位一位地发送出去，当数据从 TDR转移到移位寄存器时，会产生发送寄存器 TDR 已空事件 TXE，当数据从移位寄存器全部发送出去时，会产生数据发送完成事件 TC，这些事件可以在状态寄存器中查询到。

而接收数据则是一个逆过程，数据从串口线 Rx 一位一位地输入到接收移位寄存器，然后自动地转移到接收数据寄存器 RDR，最后用内核指令或 DMA

三、UART

串口配置流程：

（1）      使能串口1的时钟

（2）      配置串口1的I/O

（3）      配置串口1的工作模式，具体为波特率为 115200 、8 个数据位、1 个停止位、无硬件流控制。即 115200 8-N-1。

void USART1_Config(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 串口IO结构体
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

  /* 配置串口时钟 */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

  /* TX --PA9 -- 通用推挽式输出 -- 50MHZ */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  /* RX --PA10 -- 输入*/
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  /* 串口初始化 -- 115200-8-1 */
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; // 波特率115200
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 8位数据位
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; // 无奇偶校验位
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowC ontrol_None; // 无硬件流
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 配置串口的模式。为了配置双线全双工通信，需要把 Rx 和 Tx 模式都开启。
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // 填充完结构体, 向寄存器写入配置参数
  USART_Cmd(USART1, ENABLE); // 使能 USART1 外设
}

        要想 printf() 函数工作的话，我们需要把 printf() 重新定向到串口中。为了实现重定向 printf() 函数，我们需要重写 fputc() 这个 C 标准库函数，因为 printf()在C 标准库函数中实质是一个宏，最终是调用了 fputc() 这个函数。

// 重定向到串口
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  /* 发送一个字节数据到 串口 */
  USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);

  /* 等待发送完毕 */
  while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);

  return (ch);
}