【ALIENTEK 战舰STM32开发板例程系列连载+教学】第九章 串口实验

正点原子

 第九章 串口实验

    前面两章介绍了STM32的IO口操作。这一章我们将学习STM32的串口，教大家如何使用STM32的串口来发送和接收数据。本章将实现如下功能：STM32通过串口和上位机的对话，STM32在收到上位机发过来的字符串后，原原本本的返回给上位机。本章分为如下几个小节：

9.1 STM32串口简介

9.2 硬件设计

9.3 软件设计

9.4 下载验证

9.1 STM32串口简介

       串口作为MCU的重要外部接口，同时也是软件开发重要的调试手段，其重要性不言而喻。现在基本上所有的MCU都会带有串口，STM32自然也不例外。

STM32的串口资源相当丰富的，功能也相当强劲。ALIENTEK战舰STM32开发板所使用的STM32F103ZET6最多可提供5路串口，有分数波特率发生器、支持同步单线通信和半双工单线通讯、支持LIN、支持调制解调器操作、智能卡协议和IrDA SIR ENDEC规范、具有DMA等。

5.3节对串口有过简单的介绍，接下来我们将从寄存器层面，告诉你如何设置串口，以达到我们最基本的通信功能。本章，我们将实现利用串口1不停的打印信息到电脑上，同时接收从串口发过来的数据，把发送过来的数据直接送回给电脑。战舰STM32开发板板载了1个USB串口和1个RS232串口，我们本章介绍的是通过USB串口和电脑通信。

串口最基本的设置，就是波特率的设置。STM32的串口使用起来还是蛮简单的，只要你开启了串口时钟，并设置相应IO口的模式，然后配置一下波特率，数据位长度，奇偶校验位等信息，就可以使用了，详见5.3.2节。下面，我们就简单介绍下这几个与串口基本配置直接相关的寄存器。

1，串口时钟使能。串口作为STM32的一个外设，其时钟由外设时钟使能寄存器控制，这里我们使用的串口1是在APB2ENR寄存器的第14位。APB2ENR寄存器在之前已经介绍过了，这里不再介绍。只是说明一点，就是除了串口1的时钟使能在APB2ENR寄存器，其他串口的时钟使能位都在APB1ENR寄存器。

2，串口复位。当外设出现异常的时候可以通过复位寄存器里面的对应位设置，实现该外设的复位，然后重新配置这个外设达到让其重新工作的目的。一般在系统刚开始配置外设的时候，都会先执行复位该外设的操作。串口1的复位是通过配置APB2RSTR寄存器的第14位来实现的。APB2RSTR寄存器的各位描述如图9.1.1所示：

                                                                              
                                                                                     图9.1.1 APB2RSTR寄存器各位描述

从图9.1.1可知串口1的复位设置位在APB2RSTR的第14位。通过向该位写1复位串口1，写0结束复位。其他串口的复位位在APB1RSTR里面。

3，串口波特率设置。在5.3.2节，我们已经介绍过了，每个串口都有一个自己独立的波特率寄存器USART_BRR，通过设置该寄存器就可以达到配置不同波特率的目的。具体实现方法，请参考5.3.2节。

4，串口控制。STM32的每个串口都有3个控制寄存器USART_CR1~3，串口的很多配置都是通过这3个寄存器来设置的。这里我们只要用到USART_CR1就可以实现我们的功能了，该寄存器的各位描述如图9.1.2所示：

图9.1.2 USART_CR寄存器各位描述

       该寄存器的高18位没有用到，低14位用于串口的功能设置。UE为串口使能位，通过该位置1，以使能串口。M为字长选择位，当该位为0的时候设置串口为8个字长外加n个停止位，停止位的个数（n）是根据USART_CR2的[13:12]位设置来决定的，默认为0。PCE为校验使能位，设置为0，则禁止校验，否则使能校验。PS为校验位选择，设置为0则为偶校验，否则为奇校验。TXIE为发送缓冲区空中断使能位，设置该位为1，当USART_SR中的TXE位为1时，将产生串口中断。TCIE为发送完成中断使能位，设置该位为1，当USART_SR中的TC位为1时，将产生串口中断。RXNEIE为接收缓冲区非空中断使能，设置该位为1，当USART_SR中的ORE或者RXNE位为1时，将产生串口中断。TE为发送使能位，设置为1，将开启串口的发送功能。RE为接收使能位，用法同TE。

       其他位的设置，这里就不一一列出来了，大家可以参考《STM32参考手册》第542页有详细介绍，在这里我们就不列出来了。

5，数据发送与接收。STM32的发送与接收是通过数据寄存器USART_DR来实现的，这是一个双寄存器，包含了TDR和RDR。当向该寄存器写数据的时候，串口就会自动发送，当收到收据的时候，也是存在该寄存器内。该寄存器的各位描述如图9.1.3所示：

 

                                                                                           图9.1.3 USART_DR寄存器各位描述

可以看出，虽然是一个32位寄存器，但是只用了低9位（DR[8：0]），其他都是保留。

DR[8：0]为串口数据，包含了发送或接收的数据。由于它是由两个寄存器组成的，一个给发送用(TDR)，一个给接收用(RDR)，该寄存器兼具读和写的功能。TDR寄存器提供了内部总线和输出移位寄存器之间的并行接口。RDR寄存器提供了输入移位寄存器和内部总线之间的并行接口。

当使能校验位(USART_CR1种PCE位被置位)进行发送时，写到MSB的值(根据数据的长度不同，MSB是第7位或者第8位)会被后来的校验位该取代。

当使能校验位进行接收时，读到的MSB位是接收到的校验位。

6，串口状态。串口的状态可以通过状态寄存器USART_SR读取。USART_SR的各位描述如图9.1.4所示：

图9.1.4 USART_SR寄存器各位描述

这里我们关注一下两个位，第5、6位RXNE和TC。

RXNE（读数据寄存器非空），当该位被置1的时候，就是提示已经有数据被接收到了，并且可以读出来了。这时候我们要做的就是尽快去读取USART_DR，通过读USART_DR可以将该位清零，也可以向该位写0，直接清除。

TC（发送完成），当该位被置位的时候，表示USART_DR内的数据已经被发送完成了。如果设置了这个位的中断，则会产生中断。该位也有两种清零方式：1）读USART_SR，写USART_DR。2）直接向该位写0。

通过以上一些寄存器的操作外加一下IO口的配置，我们就可以达到串口最基本的配置了，关于串口更详细的介绍，请参考《STM32参考手册》第516页至548页，通用同步异步收发器一章。

9.2 硬件设计

本实验需要用到的硬件资源有：

1）  指示灯DS0

2）  串口1

串口1之前还没有介绍过，本实验用到的串口1与USB串口并没有在PCB上连接在一起，需要通过跳线帽来连接一下。这里我们把P6的RXD和TXD用跳线帽与PA9和PA10连接起来。如图9.2.1所示：

图9.2.1 硬件连接图示意图

连接上这里之后，我们在硬件上就设置完成了，可以开始软件设计了。

9.3 软件设计

本章的代码设计，比前两章简单很多，因为我们的串口初始化代码和接收代码就是用我们之前介绍的SYSTEM文件夹下的串口部分的内容。这里我们对代码部分稍作讲解。

打开上一章的TEST工程，然后在SYSTEM组下双击usart.c，我们就可以看到该文件里面的代码，先介绍uart_init函数，该函数代码如下：

//初始化IO 串口1

//pclk2CLK2时钟频率(Mhz)

//bound:波特率

void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)

{     

       float temp;

       u16 mantissa;

       u16 fraction;     

       temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV

       mantissa=temp;                           //得到整数部分

       fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分   

    mantissa<<=4;

       mantissa+=fraction;

       RCC->APB2ENR|=1<<2;   //使能PORTA口时钟 

       RCC->APB2ENR|=1<<14;  //使能串口时钟

       GPIOA->CRH&=0XFFFFF00F;//IO状态设置

       GPIOA->CRH|=0X000008B0;//IO状态设置

               

       RCC->APB2RSTR|=1<<14;   //复位串口1

       RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止复位         

       //波特率设置

      USART1->BRR=mantissa; // 波特率设置  

       USART1->CR1|=0X200C;  //1位停止,无校验位.

#if EN_USART1_RX             //如果使能了接收

       //使能接收中断

       USART1->CR1|=1<<8;    //PE中断使能

       USART1->CR1|=1<<5;    //接收缓冲区非空中断使能             

       MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQChannel,2);//组2，最低优先级

#endif

}

从该代码可以看出，其初始化串口的过程，和我们前面介绍的一致。先计算得到USART1->BRR的内容。然后开始初始化串口引脚，接着把USART1复位，然之后设置波特率和奇偶校验等。

这里需要注意一点，因为我们使用到了串口的中断接收，必须在usart.h里面设置 EN_USART1_RX为1（默认设置就是1的） 。该函数才会配置中断使能，以及开启串口1的NVIC中断。这里我们把串口1中断放在组2，优先级设置为组2里面的最低。

串口1的中断服务函数USART1_IRQHandler，在5.3.1已经有详细介绍了，这里我们就不再介绍了。

介绍完了这两个函数，我们回到test.c，在test.c里面编写如下代码：

#include "sys.h"

#include "usart.h"         

#include "delay.h" 

#include "led.h"

#include "beep.h"         

#include "key.h"           

int main(void)

{                  

       u16 t;

       u16 len;  

       u16 times=0;                                     

       Stm32_Clock_Init(9);    //系统时钟设置

       uart_init(72,9600);      //串口初始化为9600

       delay_init(72);                  //延时初始化

       LED_Init();               //初始化与LED连接的硬件接口

       BEEP_Init();                //初始化蜂鸣器端口

       KEY_Init();           //初始化与按键连接的硬件接口

      while(1)

       {

              if(USART_RX_STA&0x8000)

              {                                   

                     len=USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度

                     printf("\r\n您发送的消息为:\r\n \r\n");

                     for(t=0;t<len;t++)

                     {

                            USART1->DR=USART_RX_BUF[t];

                            while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束

                     }

                     printf("\r\n\r\n");//插入换行

                     USART_RX_STA=0;

              }else

              {

                     times++;

                     if(times%5000==0)

                     {

                            printf("\r\n战舰STM32开发板 串口实验\r\n");

                            printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n");

                     }

                     if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\r\n"); 

                     if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.

                     delay_ms(10);  

              }

       }    

}

这段代码比较简单，重点看下以下两句：

USART1->DR=USART_RX_BUF[t];  

while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束

第一句，其实就是发送一个字节到串口，通过直接操作寄存器来实现的。第二句呢，就是我们在写了一个字节在USART1->DR之后，要检测这个数据是否已经被发送完成了，通过检测USART1->SR的第6位，是否为1来决定是否可以开始第二个字节的发送。

其他的代码比较简单，我们执行编译之后看看有没有错误，没有错误就可以开始仿真与调试了。整个工程的编译结果如图9.3.1所示：

图9.3.1 编译结果

可以看到，编译没有哦任何错误和警告，下面我们可以开始下载验证了。

9.4 下载验证

前面2章实例，我们均介绍了软件仿真，仿真的基本技巧也差不多介绍完了，接下来我们将淡化这部分，因为代码都是经过作者检验，并且全部在ALIENTEK战舰STM32开发板上验证了的，有兴趣的朋友可以自己仿真看看。但是这里要说明几点：

1，IO口复用的，信号在逻辑分析窗口是不能显示出来的（看不到波形），这一点请大家注意。比如串口的输出，SPI，USB，CAN等。你在仿真的时候在该窗口看不到任何信息。遇到这样的情况，你就不得不准备一个逻辑分析仪，外加一个ULINK或者JTAG来做在线调试。但一般情况，这些都是有现成的例子，不用这几个东西一般也能编出来。

2，仿真并不能代表实际情况。只能从某些方面给你一些启示，告诉你大方向，不能尽信仿真，当然也不能完全没有仿真。比如上面IO口的输出，仿真的时候，其翻转速度可以达到很快，但是实际上STM32的IO输出就达不到这个速度。

总之，我们要合理的利用仿真，也不能过于依赖仿真。当仿真解决不了了，可以试试在线调试，在线调试一般都可以知道问题在哪个地方，但是问题要怎么解决还是得各位自己动脑筋、找资料了。

我们把程序下载到战舰STM32开发板，可以看到板子上的DS0开始闪烁，说明程序已经在跑了。串口调试助手，这里我们选择的是SSCOM3.3，是由大虾网版主丁丁（聂小孟）编写，是一个非常好用的串口调试助手。它的优点有：1，绿色，免安装；2，体积小，整个软件才700多KB；3，支持自动搜索串口；4，支持中文字符收发；5，具有扩展发送功能。以上是一些主要的优点，当然这个软件也有些小bug，比如串口在连接的情况下，如果突然断开，那么程序就死机了，而且无法正常关闭（必须在任务管理器里面强制结束），还有只要该软件打开着，你的电脑就别想关机。不过瑕不掩瑜，该软件总的来说，还是非常适合各位使用的。

接着我们打SSCOM3.3，设置串口为CH340的USB串口（根据你自己的电脑选择，我的电脑是COM3），可以看到如图9.4.1所示信息：

                                                                                         图9.4.1 串口调试助手收到的信息

从图9.4.1可以看出，STM32的串口数据发送是没问题的了。但是，因为我们在程序上面设置了必须输入回车，串口才认可接收到的数据，所以必须在发送数据后再发送一个回车符，这里SSCOM3.3提供的发送方法是通过勾选发送新行实现，如图9.4.1，只要勾选了这个选项，每次发送数据后，SSCOM3.3都会自动多发一个回车。设置好了发送新行，我们再在发送区输入你想要发送的文字，然后单击发送，可以得到如图9.4.2所示结果：

图9.4.2 发送数据后收到的数据

可以看到，我们发送的消息被发送回来了（图中圈圈内）。大家可以试试，如果不发送回车（取消发送新行），在输入内容之后，直接按发送是什么结果。

 

 

jidian0177

原子哥，我接上USB转串口的线，PA9 PA10也跳了线，打开串口助手，怎么没有接收呢？

正点原子

回复【2楼】jidian0177:
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用开发板自带的USB_232接么？

jidian0177

回复【3楼】正点原子:
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是的，接上这个没数据，我又直接将串口线接到PA9 A10上，有数据，但是乱码。

正点原子

回复【4楼】jidian0177:
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接TTL串口才行，RS232不行。

jidian0177

回复【5楼】正点原子:
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恩，换了就好了。  原子哥，为什么用232接PA9 A10不可以呢？

正点原子

回复【6楼】jidian0177:
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因为没连接到RS232上面去。

jidian0177

回复【7楼】正点原子:
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哦哦，知道了，谢谢原子哥

dlmusjh

原子哥，我用到串口，用的例程就是上面讲的，但是我想发数组，数组里面有0，用printf函数时遇到0就不发后面的数了，不知道怎么解决求教，谢谢

GreggSulkin

第一张图片是你们给的例程，前后发的数据没有相互影响。第二张是我写的串口实验，前后发的数据有影响。你们的例程上我没有看到你们对接受数组的清零。你们怎么做到的？