[STM8/32] 串口的基本知识你掌握了吗_嵌入式系统与MCU-面包板社区

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[STM8/32] 串口的基本知识你掌握了吗

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发表于 2018-10-19 15:28:13

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在做项目的时候是不是发现串口是最常用的通信接口，所以我自己整理了一下关于串口的一些常识性知识，方便自己学习。
关键词：Loto虚拟示波器，串口时序，电平标准，模拟串口

我们常说的串口按电平分类的话有两种，一种是TTL电平的串口，一种是232电平的串口。

首先我们先看一下这两种电平的区别。

TTL电平标准:输出L: <0.8V; H: >2.4V,输入L: <1.2V: H: >2.0V

TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V,输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1.于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有(O.8-0)/2=0.4V,高电平的噪声容限为(5-2.4)/2=1.3V.

RS232标准:

逻辑1的电平为-3~-15V,逻辑0的电平为+3~+15V,注意电平的定义反相了一次。

然而TTL电平的串口还可以分为两种UART与USART。我们打开stm32cubeMX看到stm32F103有2个UART和3个USART。在日常我们就可以说，它有5个串口，因为USART可以配置成UART。

UART与USART都是单片机上的串口通信，他们之间的区别如下：

首先从名字上看:

UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用异步收/发器

USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步/异步收/发器

　　从名字上可以看出，USART在UART基础上增加了同步功能，即USART是UART的增强型，事实也确实是这样。但是具体增强到了什么地方呢？

　　其实当我们使用USART在异步通信的时候，它与UART没有什么区别，但是用在同步通信的时候，区别就很明显了：大家都知道同步通信需要时钟来触发数据传输，也就是说USART相对UART的区别之一就是能提供主动时钟。如STM32的USART可以提供时钟支持ISO7816的智能卡接口。

在实际的项目中用的最多的还是UART ,配置为:N, 8 ,1.波特率常用的有2400，9600,57600,115200.我们用串口来干什么呢？用过一些模块的工程师会知道，很多模块都是通过串口来控制或者通过串口透传数据的，比如gsm（2g，4g），gps，wifi，蓝牙等等，这些模块都是通过串口来控制。所以作为一个工程师，必须要搞懂串口。下面我们通过Loto虚拟示波器采集不同波特率的UART 波形：

对比理论的时序图，我们找找起始位和停止位，这个数据是多少？

有时候我们面试会考一个题目，那就是UART波特率9600的时候，它的一个bit是多长时间，这个怎么算？初学者肯定蒙了，我用串口直接就配置然后发数据就行了，从来没算过，下面我总结一下：

波特率2400:1/2400≈416.67*10^(-6)s=416.67us

波特率4800:1/4800≈208.33*10^(-6)s=208.33us

波特率9600:1/9600≈104.17*10^(-6)s=104.17us

波特率19200:1/19200≈52.08*10^(-6)s=52.08us

波特率57600:1/57600≈17.36*10^(-6)s=17.36us

波特率115200:1/115200≈8.68*10^(-6)s=8.68us

对比我们用Loto虚拟示波器采集的数据看看是不是一致呢？

我们算这个数据有什么用呢？是的！没错！就是模拟串口！当单片机串口不够用的时候项目中会用到。接下来我会分析几个论友写的代码，逐步深入理解TTL串口。

下面这个模拟串口的代码：

首先说它的发送吧，发送一个字节，先发送起始位OI_TXD = 0; 然后delay_us(BuadRate_9600);然后依次从低位开始检测Data的每一位，从而拉高拉低OI_TXD，然后延时，移位，重复8次，最后发送停止位发送完一个Data。

接收的话：它是stm32开了个定时器4和一个外部中断.外部中断采到下降沿，然后定时器设置为107us中断一次，去采集一个bit，为什么是107us呢？因为此时波特率是9600，一个bit是104.17us，然后可以依次采集每个bit，直到采完一个data。（个人感觉107us不稳定）

/**
*软件串口的实现(IO模拟串口)
* 波特率：9600 1-8-N
* TXD : PC13
* RXD : PB14
* 使用外部中断对RXD的下降沿进行触发，使用定时器4按照9600波特率进行定时数据接收。
* Demo功能: 接收11个数据，然后把接收到的数据发送出去
*/
#define OI_TXD PCout(13)
#define OI_RXD PBin(14)
#define BuadRate_9600 100
u8 len = 0; //接收计数
u8 USART_buf[11]; //接收缓冲区
enum{
COM_START_BIT,
COM_D0_BIT,
COM_D1_BIT,
COM_D2_BIT,
COM_D3_BIT,
COM_D4_BIT,
COM_D5_BIT,
COM_D6_BIT,
COM_D7_BIT,
COM_STOP_BIT,
};
u8 recvStat = COM_STOP_BIT;
u8 recvData = 0;
void IO_TXD(u8 Data)
{
u8 i = 0;
OI_TXD = 0;
delay_us(BuadRate_9600);
for(i = 0; i < 8; i++)
{
if(Data&0x01)
OI_TXD = 1;
else
OI_TXD = 0;
delay_us(BuadRate_9600);
Data = Data>>1;
}
OI_TXD = 1;
delay_us(BuadRate_9600);
}
void USART_Send(u8 *buf, u8 len)
{
u8 t;
for(t = 0; t < len; t++)
{
IO_TXD(buf[t]);
}
}
void IOConfig(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //使能PB,PC端口时钟
//SoftWare Serial TXD
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
//SoftWare Serial RXD
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line14;
EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; //下降沿触发中断
EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI15_10_IRQn ;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //时钟使能
//定时器TIM4初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断
//中断优先级NVIC设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn; //TIM4中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //先占优先级1级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //从优先级1级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC寄存器
}
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
delay_init();
IOConfig();
TIM4_Int_Init(107, 71); //1M计数频率
while(1)
{
if(len > 10)
{
len = 0;
USART_Send(USART_buf,11);
}
}
}
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14) != RESET)
{
if(OI_RXD == 0)
{
if(recvStat == COM_STOP_BIT)
{
recvStat = COM_START_BIT;
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
}
}
void TIM4_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetFlagStatus(TIM4, TIM_FLAG_Update) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
recvStat++;
if(recvStat == COM_STOP_BIT)
{
TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
USART_buf[len++] = recvData;
return;
}
if(OI_RXD)
{
recvData |= (1 << (recvStat - 1));
}else{
recvData &= ~(1 << (recvStat - 1));
}
}
}

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码
这里还有一个例子：

#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "exti.h"
#include "stdio.h"
//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
//标准库需要的支持函数
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
_sys_exit(int x)
{
x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
void SendOneByte(u8 Byte);
SendOneByte((uint8_t) ch);
return ch;
}
#endif
void SendOneByte(u8 Byte)
{
u8 i=8,tmp;
TXD_low(); //发送起始位
delay_us(104);
//发送8位数据
for(i=0;i<8;i++)
{
tmp = (Byte >> i) & 0x01; //低位在前
if(tmp == 0)
{
TXD_low();
delay_us(104); //0
}
else
{
TXD_high();
delay_us(104); //1
}
}
// while(i--)
// {
// MNUSART_TXD = (Byte&0x01); //先传低位
// delay_us(104);
// Byte = Byte>>1;
// //无校验位
// MNUSART_TXD=1;//发送结束位
// delay_us(104);
// }
TXD_high();
delay_us(104);
}
void SendBytes(u8 *str,u8 len) //发送数组最好用这个，也可发送字符串
{
u16 i;
for(i=0;i<len;i++)
{
SendOneByte(str);
}
}
void SendStr(u8 *str) //发送字符串，发送数组如果带0x00就中断发送了
{
while(*str)
SendOneByte(*str++);
}
int main(void)
{
u8 len;
u8 hello[]={0x5a,0xa5,0x00,0x00,0x01};
delay_init();
EXTIX_Init();
//测试发送一个字节
SendOneByte(0x00);
SendOneByte(0x01);
SendOneByte(0x02);
//测试发送数组
SendBytes(hello,5);
//测试发送字符串
// SendBytes("hello word",11);
// SendStr("德玛西亚");
while(1)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)
{
printf("\r\n您发送的消息为:\r\n\r\n");
len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
SendBytes(USART_RX_BUF,len);
//也可以用下面的发送
// SendStr(USART_RX_BUF);
// for(len=0;len<200;len++)
// USART_RX_BUF[len]=0;
printf("\r\n\r\n");//插入换行
USART_RX_STA=0;
}
}
}

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

#include "exti.h"

#include "stm32f10x_gpio.h"

#include "stm32f10x_exti.h"

#include "sys.h"

u8 tmp;

u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];

u16 USART_RX_STA=0;

//extern SendOneByte(u8 Byte);

void EXTIX_Init(void)

{

            GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

            EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

            NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

            RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

            GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;                               //PA.9 端口配置

            GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                //推挽输出

            GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                //IO口速度为50MHz

            GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                        //根据设定参数初始化GPIOB.5

            GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_9);

            GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

            GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;                         //浮空输入

            GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

            GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

            GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10);

            //GPIOA.10 中断线以及中断初始化配置下降沿触发

            GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource10);

            EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line10;

            EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

            EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;

            EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

            EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);                //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器

            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;

            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =0;

            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

            NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

            NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)

{

u8 i=9;

if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) != RESET)

{

            /* Disable the Selected IRQ Channels -------------------------------------*/

            NVIC->ICER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =

            (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);

            EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);

            delay_us(30);

            while(i--)

            {

            tmp >>=1;

            if(GPIOA->IDR&0x0400) tmp |=0x80;

            delay_us(104);

      }

      if((USART_RX_STA&0x8000)==0)

      {

                     if(USART_RX_STA&0x4000)

                     {

                     if(tmp!=0x0a) USART_RX_STA=0;

                     else USART_RX_STA |=0x8000;

                     }

                     else

                     {

                     if(tmp==0x0d) USART_RX_STA|=0x4000;

                     else

                     {

                     USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=tmp ;

                     USART_RX_STA++;

                     if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收

                     }

                     }

      }

            EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);

            NVIC->ISER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =

            (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);

}

}