单片机核心学习：（六）串口UART编程(STM32F103)

波特率：一般选波特率都会有9600,19200,115200等选项。其实意思就是

每秒传输这么多个比特位数(bit)。
- 如果是波特率：115200、数据位：8位、校验位：无校验、起始位、停止位
  - 每一位传输时间：t = 1 / 115200 s
  - 传输1Byte：需要10位
    
    （Start、Data、Stop） t = 10 / 115200 s
  - 每秒能传输：1 / t = 115200 /10 = 11520 byte
起始位:先发出一个

逻辑”0”

的信号，表示传输数据的开始。
数据位：可以是

5~8位逻辑”0”或”1”

。如ASCII码（7位），扩展BCD码（8位）。小端传输。
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。
停止位：它是一个

字符数据的结束标志

。

（1）怎么发送一字节数据，比如‘A‘ ?

‘A’的ASCII值是0x41,二进制就是01000001，怎样把这8位数据发送给PC机呢？

双方约定好波特率（每一位占据的时间）；
规定传输协议
- 原来是高电平，ARM拉低电平，保持1bit时间；
- PC在低电平开始处计时；
- ARM根据数据依次驱动TxD的电平，同时PC依次读取RxD引脚电平，获得数据；

（2）逻辑电压

① 前面图中提及到了逻辑电平，也就是说代表信号1的引脚电平是人为规定的。如图是TTL/CMOS逻辑电平下，传输‘A’时的波形：

在xV至5V之间，就认为是逻辑1，在0V至yV之间就为逻辑0。

② 如图是RS-232逻辑电平下，传输‘A’时的波形：

在-12V至-3V之间，就认为是逻辑1，在+3V至+12V之间就为逻辑0。

RS-232的电平比TTL/CMOS高，能传输更远的距离，在工业上用得比较多。

市面上大多数ARM芯片都不止一个串口，一般使用串口0来调试，其它串口来外接模块。

3. 串口电平

ARM芯片上得串口都是TTL电平的，通过板子上或者外接的电平转换芯片，转成RS232接口，连接到电脑的RS232串口上，实现两者的数据传输。

现在的电脑越来越少有RS232串口的接口，当USB是几乎都有的。因此使用USB串口芯片将ARM芯片上的TTL电平转换成USB串口协议，即可通过USB与电脑数据传输。

上面的两种方式，对ARM芯片的编程操作都是一样的。

4. 串口内部结构

ARM芯片是如何发送/接收数据？如图所示串口结构图：

要发送数据时，CPU控制内存要发送的数据通过FIFO传给UART单位，UART里面的移位器，依次将数据发送出去，在发送完成后产生中断提醒CPU传输完成。
接收数据时，获取接收引脚的电平，逐位放进接收移位器，再放入FIFO，写入内存。在接收完成后产生中断提醒CPU传输完成。

二、STM32F103 – UART操作

1、串口编程步骤

1.1 看原理图确定引脚

有很多串口，使用哪一个？看原理图确定

1.2 配置引脚为UART功能

至少用到发送、接收引脚：txd、rxd
需要把这些引脚配置为UART功能，并使能UART模块

1.3 设置串口参数

有哪些参数？
- 波特率
- 数据位
- 校验位
- 停止位
示例：比如
15200,8n1
表示
波特率为115200,8个数据为，没有校验位，1个停止位

1.4 根据状态寄存器读写数据

肯定有一个数据寄存器，程序把数据写入，即可通过串口向外发送数据
肯定有一个数据寄存器，程序读取这个寄存器，就可以获得先前接收到的数据
很多有状态寄存器
- 判断数据是否发送出去？是否发送成功？
- 判断是否接收到了数据？

2、STM32F103串口框架

各类芯片的UART框图都是类似的，当设置好UART后，程序读写数据寄存器就可以接收、发送数据了。

3、STM32F103串口操作

3.1 看原理图确定引脚

STM32F103的USART1接到一个USB串口芯片，然后就可以通过USB线连接电脑了
原理图如下
上图中的USART1_RX、USART1_TX，接到了PA9、PA10

3.2 配置引脚为UART功能

3.2.1 使能GPIOA/USART1模块

需要设置GPIOA的寄存器，选择引脚功能：所以要使能GPIOA模块。 GPIOA模块、USART1模块的使能都是在同一个寄存器里实现。

3.2.2 配置引脚功能

从上图可以知道，PA9、PA10有三种功能：GPIO、USART1、TIMER1。

3.3 设置串口参数

3.3.1 设置波特率

波特率算公式：

USARTDIV由整数部分、小数部分组成，计算公式如下：

USARTDIV = DIV_Mantissa + (DIV_Fraction / 16)

DIV_Mantissa和DIV_Fraction来自USART_BRR寄存器，如下图：

3.3.2 设置数据格式

比如数据位设置为8，无校验位，停止位设置为1。需要设置2个寄存器。

USART1_CR1：用来设置数据位、校验位，使能USART
USART_CR2：用来设置停止位

3.4 根据状态寄存器读写数据

状态寄存器
数据寄存器写、读这个寄存器，就可：发送、读取串口数据，如下图：

3.5 USART1的寄存器地址

基地址
USART寄存器
- 用结构体来表示比较方便：

typedef unsigned int uint32_t;
typedef struct
{
  volatile uint32_t SR;    /*!< USART Status register, Address offset: 0x00 */
  volatile uint32_t DR;    /*!< USART Data register,   Address offset: 0x04 */
  volatile uint32_t BRR;   /*!< USART Baud rate register, Address offset: 0x08 */
  volatile uint32_t CR1;   /*!< USART Control register 1, Address offset: 0x0C */
  volatile uint32_t CR2;   /*!< USART Control register 2, Address offset: 0x10 */
  volatile uint32_t CR3;   /*!< USART Control register 3, Address offset: 0x14 */
  volatile uint32_t GTPR;  /*!< USART Guard time and prescaler register, Address offset: 0x18 */
} USART_TypeDef;

USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;

三、STM32F103 – UART编程


#include "uart.h"

void delay(int d)
{
	while(d--);
}

int main()
{
	char c;
	
	uart_init();
	
	putchar('1');
	putchar('0');
	putchar('0');
	putchar('a');
	putchar('s');
	putchar('k');
	putchar('\n');
	putchar('\r');
	
	while (1)
	{
		c = getchar();
		putchar(c);
		putchar(c+1);
	}
	
	return 0;
}

#include "uart.h"

typedef unsigned int uint32_t;
typedef struct
{
  volatile uint32_t SR;    /*!< USART Status register, Address offset: 0x00 */
  volatile uint32_t DR;    /*!< USART Data register,   Address offset: 0x04 */
  volatile uint32_t BRR;   /*!< USART Baud rate register, Address offset: 0x08 */
  volatile uint32_t CR1;   /*!< USART Control register 1, Address offset: 0x0C */
  volatile uint32_t CR2;   /*!< USART Control register 2, Address offset: 0x10 */
  volatile uint32_t CR3;   /*!< USART Control register 3, Address offset: 0x14 */
  volatile uint32_t GTPR;  /*!< USART Guard time and prescaler register, Address offset: 0x18 */
} USART_TypeDef;


void uart_init(void)
{
	USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;
	volatile unsigned int *pReg;
	/* 使能GPIOA/USART1模块 */
	/* RCC_APB2ENR */
	pReg = (volatile unsigned int *)(0x40021000 + 0x18);
	*pReg |= (1<<2) | (1<<14);
	
	/* 配置引脚功能: PA9(USART1_TX), PA10(USART1_RX) 
	 * GPIOA_CRH = 0x40010800 + 0x04
	 */
	pReg = (volatile unsigned int *)(0x40010800 + 0x04);
	
	/* PA9(USART1_TX) */
	*pReg &= ~((3<<4) | (3<<6));
	*pReg |= (1<<4) | (2<<6);  /* Output mode, max speed 10 MHz; Alternate function output Push-pull */

	/* PA10(USART1_RX) */
	*pReg &= ~((3<<8) | (3<<10));
	*pReg |= (0<<8) | (1<<10);  /* Input mode (reset state); Floating input (reset state) */
	
	/* 设置波特率
	 * 115200 = 8000000/16/USARTDIV
	 * USARTDIV = 4.34
	 * DIV_Mantissa = 4
	 * DIV_Fraction / 16 = 0.34
	 * DIV_Fraction = 16*0.34 = 5
	 * 真实波特率:
	 * DIV_Fraction / 16 = 5/16=0.3125
	 * USARTDIV = DIV_Mantissa + DIV_Fraction / 16 = 4.3125
	 * baudrate = 8000000/16/4.3125 = 115942
 	 */
#define DIV_Mantissa 4
#define DIV_Fraction 5
	usart1->BRR = (DIV_Mantissa<<4) | (DIV_Fraction);
	
	/* 设置数据格式: 8n1 */
	usart1->CR1 = (1<<13) | (0<<12) | (0<<10) | (1<<3) | (1<<2);	
	usart1->CR2 &= ~(3<<12);
	
	/* 使能USART1 */
}
	
int getchar(void)
{
	USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;
	while ((usart1->SR & (1<<5)) == 0);
	return usart1->DR;
}

int putchar(char c)
{
	USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;
	while ((usart1->SR & (1<<7)) == 0);
	usart1->DR = c;
	
	return c;
}


                PRESERVE8
                THUMB


; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY
				EXPORT  __Vectors
					
__Vectors       DCD     0                  
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler

				AREA    |.text|, CODE, READONLY

; Reset handler
Reset_Handler   PROC
				EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                IMPORT  main

				LDR SP, =(0x20000000+0x10000)
				BL main

                ENDP
                
                 END


#ifndef _UART_H
#define _UART_H
void uart_init(void);
int getchar(void);
int putchar(char c);
#endif

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_38426928/article/details/115520211

一、硬件知识-UART硬件介绍

1. 串口的硬件介绍

2. 串口的参数