USART-串口通信笔记

串口通信

定义：

       串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式，如I2C通信、SPI通信、USART通信、EEPROM通信等。

分类：

串行通信：数据按位顺序依次传输，如8个数据位依次传输，速度慢，但占用引脚资源少

​按照数据传送方向分为：

• 单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输。（只收不发或者只发不收，模式固定）
• 单双工：允许数据在两个方向上传输，但是在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输。（能发能收，但不能同时进行）
• 全双工：允许数据同时在两个方向上传输。（能发能收，且能同时进行）

按照通信的方式可分为：

• 同步通信：带时钟同步信号传输，如SPI、IIC通信等
• 异步通信：不带时钟同步信号，如UART(通用异步收发器)、单总线等。

并行通信：数据各个位同时传输，如8个数据位同时传输，占用引脚资源慢，但速度快。

常见串口通信接口

硬件电路 

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TX和接收端RX）
• TX与RX要交叉连接
• 当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线
• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

串行通信协议 

• 波特率：串口通信的速率
• 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平
• 数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行
• 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来
• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

USART

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器

USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里

• 自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s
• 可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2）
• 可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）
• 支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN
• STM32F103C8T6 USART资源： USART1、 USART2、 USART3

基本结构

数据帧

九位数据帧可以选择配置校验位（或者选择不配），八位数据帧不能配置校验位。 

数据采样 

一个字节一共十六次采样

      如果该序列不完整，那么接收端将退出起始位侦测并回到空闲状态(不设置标志位)等待下降沿。

奇偶校验位

       因为在通信过程中易受到外部干扰而导致数据出现偏差，所以在有效数据之后增加了校验位来解决这个问题，校验方式需要配置，校验方式有奇校验、偶校验、0校验和1校验：

• 奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数；
• 偶校验则要求有效数据和校验位中“1”的个数为偶数；
• 0校验位则是校验位始终为0，在收到报文后，检测校验位是否为0；
• 1校验则是校验位始终为1，在收到报文后，检测校验位是否为1；

波特率计算

发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定

波特率 = f PCLK2/1 / (16 * DIV)

初始化代码

串口设置的一般步骤可以总结为如下几个步骤：

1. 串口时钟使能 GPIO 时钟使能
2. 串口复位
3. GPIO 端口模式设置
4. 串口参数初始化
5. 开启中断 并且初始化 NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤)
6. 使能串口
7. 编写中断处理函数

/*** 函    数：串口初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Serial_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);	//开启USART1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);				//将PA9引脚初始化为复用推挽输出/*USART初始化*/USART_InitTypeDef USART_InitStructure;	//定义结构体变量USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//硬件流控制，不需要USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;			//模式，选择为发送模式USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;	//奇偶校验，不需要USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位，选择1位USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;	//字长，选择8位USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);		//将结构体变量交给USART_Init，配置USART1/*USART使能*/USART_Cmd(USART1, ENABLE);			//使能USART1，串口开始运行
}

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