STM32 UART串口通信的原理是什么

stm32串口通信实验

实验器材：F103开发板
在F103环境下进行UART通信实验和RS232通信实验
UART通信实验(通用异步收发器)

UART串口通信原理：

什么是串行通信？什么是异步通信？什么是全双工？
什么是串行通信？



  相较于串行通信还有一种并行通信（最常用还是串行）



图中可以看出串行通信的传输线有一根，而并行的线有多根，串行是一位一位的发送数据，而并行是多位多位的发送数据，好比单车道和多车道的区别，并行通信的传输速率要比串行高，那是不是并行传输要比串行传输要好？
非也，非也，并行通信存在多根线，线与线之间会存在数据的干扰，布线难度加大，资源浪费，常用的还是串行通信

什么是异步通信？

  同步通信相比较与异步通信多了时钟总线，时钟总线的作用就是保证收发双方的时间同步，
而异步通信是如何做到收发双方数据同步？这里的UART处理是波特率的设置（ulBaud）
波特率保证了收发数据时间上的同步，每秒发送多少个数据，每秒接受多少个数据。
常见的有9600，115200……显而易见数值越大发送的越快。
但是发送越快可能会存在数据的丢失。
波特率： 是衡量资料传送速率的指标。表示每秒钟传送的符号数（symbol）。一个符号代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关。例如传输使用256阶符号，每8bit代表一个符号，资料传送速率为120字符/秒，则波特率就是120baud，比特率是120*8=960bit/s。这两者的概念很容易搞错

什么是全双工通信？
单工通信：数据只能发送，不能接受
半双工：数据可以发送，可以接受，但是发送和接受不能同时进行(一般只有一条线数据传输)
全双工：数据可以发送，可以接收，并且可以同时进行（一般是有两条线来传输，TX,RX）
UART的通信过程

  如图：
1.数据协议规定,在空闲状态下，UART为高电平状态，发送一位的起始位逻辑0代表通信的开始
2.接着是发送数据位，数据位由5-8位数据位和一位奇偶校验组成
3.数据发送完成是停止位，代表一次通信的结束
4.数据发送完成后为空闲状态，即恢复为高电平状态，等待下一次的呼叫
（串口每次只能发送一个字节的数据，是为了减少传输中出现的错误，如果要发送多个字节的数据，则需要重复这一过程）

起始位： 先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。
数据位： 数据位在起始位之后，它的个数可以是5-8位（先发低位后发高位）如：10101010，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。
奇偶校验位： 数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性（可有可无，只能校验，不能纠错）
停止位： 它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
空闲位： 处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传输。
波特率： 是衡量资料传送速率的指标。表示每秒钟传送的符号数（symbol）。一个符号代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关。例如传输使用256阶符号，每8bit代表一个符号，资料传送速率为120字符/秒，则波特率就是120baud，比特率是120*8=960bit/s。这两者的概念很容易搞错。
实验功能：

如图所示：当我们连接好硬件后，打开串口通信软件设置好波特率等等，复位开发板
串口打印出请输入您的指令：………………
当我们输入0的时候开发板上的LED右移，LCD显示为LED右移颜色高亮，并且串口返回数据LED右移已打开………………
其他功能：
使用中断按键key1,key2,key3,key4操作LCD,并且如串口指令执行功能
key1,key3 菜单下滑
key2,key4菜单上滑





软件设计：

原理图：





uart.c文件

void USART2_Init(unsigned long ulBaud)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//定义结构体（GPIO,USART,NVIC）
  USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
       
  // 允许GPIOA和USART2时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
  // PA2-TX2复用推挽输出（端口配置）
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  /* PA3-TX2浮空输入（复位状态，可以省略）
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); */
  // 初始化USART2（波特率ulBaud，允许Rx和Tx，默认8个数据位，1个停止位，无校验）
  USART_InitStruct.USART_BaudRate = ulBaud;//波特率
  USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据位
  USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位
  USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;//（校验位：无）
  USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//设置收发模式
  USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl
    = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制：无
USART_Init(USART2, &USART_InitStruct);//串口2初始化
USART_Cmd(USART2, ENABLE);//使能USART2
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC);//清除发送完成标志
       
       
    USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);//开启USART2接受中断
        NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
        NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//主优先级
        NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//子优先级
        NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//中断使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);//中断初始化
       
}
// 发送字符
unsigned char USART_SendChar(USART_TypeDef* USARTx, unsigned char ucChar)
{
  while(!USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE));
  USART_SendData(USARTx, ucChar);
  return ucChar;
}
// 发送字符串
void USART_SendString(USART_TypeDef* USARTx, unsigned char* pucStr)
{
  while(*pucStr != '')
    USART_SendChar(USARTx, *pucStr++);
}
// 非阻塞接收字符
unsigned char USART_ReceiveChar_NonBlocking(USART_TypeDef* USARTx)
{
  if(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_RXNE))
    return USART_ReceiveData(USARTx);
  else
    return 0;
}
// printf调用函数（使用MicroLIB）
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  return(USART_SendChar(USART2, ch));
}

  注：使用printf打印的时候需要在MDK上勾选Use Micor LIB

#include "key.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "stdio.h"
#include "usart.h"
#include "stm32f10x_exti.h"




void LCD_Proc(void);
void LED_Proc(void);
void Key_Init(void);
void LED_Control(uint16_t LED,uint8_t LED_Status);
void USART2_Init(unsigned long ulBaud);




uint32_t TimingDelay = 1;
unsigned char ucSec,ucLed=1;
unsigned long ulTick_ms;
int col_flag=0;
unsigned int i;




int main(void)
{
  SysTick_Config(72000);                        // 定时1ms(HCLK = 72MHz)
  Key_Init();
  LED_Init();
  BUZ_Init();
  STM3210B_LCD_Init();                                //LCD的初始化
       
  LCD_Clear(Cyan);                                        //清屏配置颜色
  LCD_SetTextColor(White);                    //字体颜色
  LCD_SetBackColor(Cyan);                      //字体背景颜色
   
  LED_Control(LEDALL,0);//控制所有LED灯默认关闭（0关闭，1打开）
        USART2_Init(9600);       //串口初始化，设置波特率9600
       
            USART_SendString(USART2,"请输入您的指令：rn");       
                USART_SendString(USART2,"   输入0：LED左移rn");       
                USART_SendString(USART2,"   输入1：LED右移rn");       
                USART_SendString(USART2,"   输入2：打开蜂鸣器rn");       
            USART_SendString(USART2,"   输入3：关闭蜂鸣器rnrn");       
             
  while(1)
  {
   LCD_Proc();
   LED_Proc();
  }
  
}
       
  
void LED_Proc(void)
{
        switch(col_flag)
        {
                case 1:
                  if(ulTick_ms > 300)      //0.3S延时
                  {
                        ulTick_ms = 0;
                          
                        ucLed >>= 1;
                        if(ucLed == 0)
                                ucLed =0x80;           //LED右移函数
                        LED_Disp(ucLed);
                  }
                  break;
                       
                       
                case 2:
                  if(ulTick_ms > 300)      //0.3S延时
                  {
                        ulTick_ms = 0;
                          
                        LED_Disp(ucLed);
                        ucLed <<= 1;             //LED左移函数
                        if(ucLed ==0)
                                ucLed = 1;
                  }
                  break;
                       
                       
                case 3:
                        LED_Control(LEDALL,0);
                        GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_4);//打开蜂鸣器
                  break;
               
               
                case 4:
                        LED_Control(LEDALL,0);
                        GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_4);
               
        }
       
}


/*************************************


LCD中文显示需要做字库，在fonts.h文件内


*************************************/
//LCD中文显示
void LCD_Proc(void)
{
      LCD_DisplayStringLine(Line1,"      19");
          LCD_DisplayproHZ(Line1, 4, 0);
          LCD_DisplayproHZ(Line1, 5, 1);
          LCD_DisplayproHZ(Line1, 6, 2);   //嵌入式
       
        if(col_flag==1)
                LCD_SetBackColor(Blue);
                LCD_DisplayStringLine(Line3,"    1. LED");
        LCD_DisplayproHZ(Line3, 5, 4);
            LCD_DisplayproHZ(Line3, 6, 5);   //右移
                LCD_SetBackColor(Cyan);


        if(col_flag==2)
                LCD_SetBackColor(Blue);
               
       
          LCD_DisplayStringLine(Line5,"    2. LED");
          LCD_DisplayproHZ(Line5, 5, 3);
          LCD_DisplayproHZ(Line5, 6, 5);  //左移
          LCD_SetBackColor(Cyan);


        if(col_flag==3)
          LCD_SetBackColor(Blue);
          LCD_DisplayStringLine(Line7,"    3.");
      LCD_DisplayproHZ(Line7, 3, 6);
      LCD_DisplayproHZ(Line7, 4, 7);
          LCD_DisplayproHZ(Line7, 5, 8);
          LCD_DisplayproHZ(Line7, 6, 9);  //蜂鸣器开
                LCD_SetBackColor(Cyan);
        if(col_flag==4)
                LCD_SetBackColor(Blue);
                LCD_DisplayStringLine(Line9,"    4.");
                LCD_DisplayproHZ(Line9, 3, 6);
                LCD_DisplayproHZ(Line9, 4, 7);
            LCD_DisplayproHZ(Line9, 5, 8);
            LCD_DisplayproHZ(Line9, 6, 10); //蜂鸣器关
                LCD_SetBackColor(Cyan);
       



       
}




//按键中断
void Key_Init(void)
{
        EXTI_InitTypeDef   EXTI_InitStructure;//定义结构体
        GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStructure;
        NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure;        


        //时钟配置
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
  /* PA0和PA8浮空输入*/
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_8;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
        GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0|GPIO_PinSource8);
  /* PB1和PB2浮空输入*/
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
        GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1|GPIO_PinSource2);
       
       
     GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0);//打开PA0中断连接
         EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);//清除中断标志
         GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource8);//打开PA8中断连接
         EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8);
         GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource1);//打开PB1中断连接
         EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
         GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource2);//打开PB2中断连接
         EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);
       
          EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0|EXTI_Line8|EXTI_Line1|EXTI_Line2;//选择中断线0,8,2,1
          EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;//设置中断请求
          EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;//下降沿触发  
          EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;//使能中断线
          EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);




    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//中断优先级分组
               
               
  //PA0
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;//使能按键所在的外部中断通道
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//子优先级
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能外部中断通道
          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


        //PA8
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


        //  PB1
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =2;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


        // PB2
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


}








//中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void)   //PA0
{  
         for(i=0x5ffff; i>0; i--);//延时
       
        if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line0)!=RESET)
        {
                EXTI_ClearFlag(EXTI_Line0);
               
                                 col_flag++;
                        if(col_flag>4)
                                 col_flag=1;
                       
        }
}


void EXTI9_5_IRQHandler(void)    //PA8
{   
        for(i=0x5ffff; i>0; i--);//延时
        if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line8)!=RESET)
        {
                EXTI_ClearFlag(EXTI_Line8);
                           col_flag--;
                        if(col_flag<1)
                                 col_flag=4;
                       
        }
}




void EXTI1_IRQHandler(void)  //PB1
{  
         for(i=0x5ffff; i>0; i--);//延时
       
        if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line1)!=RESET)
        {
                EXTI_ClearFlag(EXTI_Line1);
               
                                 col_flag++;
                        if(col_flag>4)
                                 col_flag=1;
                       
        }
}






void EXTI2_IRQHandler(void)  //PB2
{   for(i=0x5ffff; i>0; i--);//延时
        if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line2)!=RESET)
        {
                EXTI_ClearFlag(EXTI_Line2);
                           col_flag--;
                        if(col_flag<1)
                                 col_flag=4;
                       
        }
}


//串口中断服务函数
void USART2_IRQHandler(void)   
{
  uint8_t temp;
  if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_IT_RXNE)!=0)
  {
                temp=USART_ReceiveData(USART2);
                USART_SendData(USART2,temp);
               
                switch(temp)
                {
                       
                        case'0':
                                col_flag=1;
                        USART_SendString(USART2,":LED右移已打开rnrn");
      
               
                          break;
                               
                        case'1':
                                col_flag = 2;       
                                USART_SendString(USART2,"：LED左移已打开rnrn");               
                          
                                break;
                       
                        case'2':
                                //col_flag = 3;        //太吵了,实验自己打开
                                USART_SendString(USART2,"：蜂鸣器已打开rnrn");       
        
               break;
                       
                        case'3':
                                col_flag = 4;
                                USART_SendString(USART2,"：蜂鸣器已关闭rnrn");       
        break;
               
        }
               
  }


}




void SysTick_Handler(void)
{
  ulTick_ms++;
  if(ulTick_ms%1000 == 0) ucSec+=0;         
}