stm32 USART 串口通信[操作寄存器+库函数]

Neil Pan

2012-07-01

串口通信虽然在如今的电脑上使用的越来越少，因为其在通信速率，距离已经不适应pc的要求，取而代之的是USB口。但是在嵌入式领域，USART仍然广泛运用着。

stm32的最多可以提供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信、具有DMA等。使用USART时，stm32的I/O口经RS232电平转换电路和电脑的串口连接。

串口使用只需要开始串口时钟，设置相应的I/O口模式，配置波特率、数据位长度、奇偶校验位等信息就可以使用了。

我使用了三种方式使用串口通信,只可以开启一项：

USART通过使用printf()函数发送信息；
USART和上位机通信，接收到数据后原数据输出；
USART主动发送数据。

操作寄存器

串口的复位是通过配置APB2RSTR 寄存器的第14位，当外设出现故障时，可以通过复位寄存器复位，在系统初始化时，都会执行复位操作。

串口的波特率设置是在USART_BRR寄存器上，实际上这个寄存器配置的是波特比率的分频触发因子的值，波特率是一秒钟通过的字符，而波特比率是一秒钟通过的二进制位数，所以设置了波特率需要经过一段算法处理，得出特定时钟下，实现这个波特率的，时钟分频值。

串口控制寄存器有3个 USART_CR1~3，常用到的就是USART_CR1，各位描述如下：

UE：USART使能 (USART enable)

M：字长 (Word length) 该位定义了数据字的长度， 0：一个起始位，8个数据位，n个停止位；

1：一个起始位，9个数据位，n个停止位。 n由USART_CR2中设置。

WAKE：唤醒的方法 (Wakeup method) 0：被空闲总线唤醒； 1：被地址标记唤醒。

PCE：检验控制使能 (Parity control enable)

PS：校验选择 (Parity selection) 0：偶校验；1：奇校验。

PEIE：PE中断使能 (PE interrupt enable)

TXEIE：发送缓冲区空中断使能 (TXE interrupt enable)

TCIE：发送完成中断使能 (Transmission complete interrupt enable)

RXNEIE：接收缓冲区非空中断使能 (RXNE interrupt enable)

IDLEIE：IDLE中断使能 (IDLE interrupt enable) 0：禁止产生中断； 1：当USART_SR中的IDLE为’1’时，产生USART中断。

TE：发送使能 (Transmitter enable)

RE：接收使能 (Receiver enable)

RWU：接收唤醒 (Receiver wakeup) 0：接收器处于正常工作模式； 1：接收器处于静默模式。

注意：1．在把USART置于静默模式(设置RWU位)之前，USART要已经先接收了一个数据字节。否则在静默模式下，不能被空闲总线检测唤醒。

2．当配置成地址标记检测唤醒(WAKE位=1)，在RXNE位被置位时，不能用软件修改RWU位。

SBK：发送断开帧 (Send break)

数据的发送和接收是在USART_DR来实现的，这是一个双寄存器，包含了TDR和RDR,当向该寄存器写入数据时，串口就会自动发送数据；当收到数据时，也是存在该寄存器内中，可以直接读出。该寄存器只有低9位有效（8：0），其他位都是保留的。

串口状态是通过状态寄存器USART_SR读取的，各位描述如下：

TXE:发送数据寄存器空 (Transmit data register empty)

当TDR寄存器中的数据被硬件转移到移位寄存器的时候，该位被硬件置位。如果USART_CR1寄存器中的TXEIE为1，则产生中断。对USART_DR的写操作，将该位清零。

0：数据还没有被转移到移位寄存器；

1：数据已经被转移到移位寄存器。

TC：发送完成 (Transmission complete)

当包含有数据的一帧发送完成后，并且TXE=1时，由硬件将该位置’1’。如果USART_CR1中的TCIE为’1’，则产生中断。由软件序列清除该位(先读USART_SR，然后写入USART_DR)。TC位也可以通过写入’0’来清除，只有在多缓存通讯中才推荐这种清除程序。

RXNE：读数据寄存器非空 (Read data register not empty)

当RDR移位寄存器中的数据被转移到USART_DR寄存器中，该位被硬件置位，表示已经接收到了数据。如果USART_CR1寄存器中的RXNEIE为1，则产生中断。对USART_DR的读操作可以将该位清零。RXNE位也可以通过写入0来清除，只有在多缓存通讯中才推荐这种清除程序。

直接操作寄存器代码如下：（system.h 和 stm32f10x_it.h 等相关代码参照 stm32 直接操作寄存器开发环境配置）

User/main.c

#include <stm32f10x_lib.h>
#include “system.h”
#include “usart.h”
#include “stdio.h”

#define  PRINTF_ON 0               //设置printf() 输出
#define  RECEIVE_SEND_BACK 0   //设置接收信息后原文发送
#define  SEND_WORDS        1    //设置发送字符串

void Gpio_Init(void);

vu8 RxBuffer[]=”\r\n i will success finally..\r\n”;

int main(void)
{
    u32 i=0;

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

    Usart1_Init(72,9600);    //设置系统时钟和波特率

    #if RECEIVE_SEND_BACK
        Nvic_Init(3,3,USART1_IRQChannel,2);
    #endif

    Gpio_Init();   //配置串口寄存器时可能导致IO口输出，最后配置最好

    #if PRINTF_ON
        printf(“\r\nThanks god ,i am success now..\r\n”);
    #elif SEND_WORDS
          while(sizeof(RxBuffer)>=i)
        {
            USART1->DR = RxBuffer[i];
            while((USART1->SR&0x40) == 0);
            //USART1->SR &= 0x1F;     //清除TC中断
            i++;
        }
     #endif

     while(1);
}

void Gpio_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR|=1<<2;    //使能PORTA时钟

    //GPIOA->CRL&=0x0000FFFF; // PA0~3设置为浮空输入，PA4~7设置为推挽输出
    //GPIOA->CRL|=0x33334444;

    //USART1 串口I/O设置

    GPIOA -> CRH&=0xFFFFF00F;   //设置USART1 的Tx(PA.9)为第二功能推挽，50MHz；Rx(PA.10)为浮空输入
    GPIOA -> CRH|=0x000008B0;
}

User/stm32f10x_it.c

#include “stm32f10x_it.h”

void USART1_IRQHandler(void)
{
    vu8 data;

    if(USART1->SR &(1<<5))  //接收到数据
    {
        data = USART1->DR;
        USART1->DR = data;
        while((USART1->SR&0x40) == 0);
    }
}

Library/src/usart.c

#include <stm32f10x_lib.h>
#include “usart.h”

/
     初始化 USART1的控制寄存器、波特比率寄存器、开启时钟
     注意：未配置I/O口功能,需设置USART1 的Tx(PA.9)为第二功能推挽，50MHz；Rx(PA.10)为浮空输入
 /

void Usart1_Init(u32 clk,u32 baudRate)     //参数说明： clk 单位为Mhz
{
    //USART1->BBR 波特比率设置
    float temp;

    u16 BRR_Value;
    u16 BRR_Mantissa;
    u16 BRR_Fraction;

    temp = (float)(clk1000000)/(baudRate16);   //得到USART 分频除法因子（每个字符16位，乘16得到每秒通过的字符数）

    BRR_Mantissa = temp;     //得到BRR[15:4]整数部分

    BRR_Fraction = (temp - BRR_Mantissa)16;  //得到BRR[3:0]小数部分

    BRR_Mantissa<<=4;

    BRR_Value = BRR_Mantissa + BRR_Fraction;  //拼接整数和小数部分

    RCC->APB2ENR|=1<<14;    //使能串口时钟

    RCC->APB2RSTR |= 1<<14; //复位串口1
    RCC->APB2RSTR &= ~(1<<14); //初始化串口复位寄存器位

    USART1->BRR = BRR_Value;  //设置波特比率

    USART1->CR1 |= 1<<8;        //PEIE中断使能
    USART1->CR1 |= 1<<5;        //RXNEIE，接收完成中断使能
    //USART1->CR1 |= 1<<6;        //TC，发送完成中断使能

    USART1->CR1 |= 0x200C;  //1个停止位，无检验位

}

#if  PRINTF_OUT
#pragma import(use_no_semihosting)
//标准库需要的支持函数
struct FILE
{
    int handle;
    / Whatever you require here. If the only file you are using is /
    / standard output using printf() for debugging, no file handling /
    / is required. /
};
/ FILE is typedef’ d in stdio.h. /
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)
{
    USART1->DR = (u8) ch;
    while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕
    return ch;
}
#endif

Library/inc/usart.h

#include <stm32f10x_lib.h>

#define PRINTF_OUT 1   //使用printf()方式输出,使用这种方式会增大hex文件大小，所以不适用这种方式输出就置0

#if PRINTF_OUT
    #include “stdio.h”
#endif

void Usart1_Init(u32 clk,u32 baudRate);

在MDK下将上述文件添加到工程对应目录下即可：

库函数操作*

在使用printf()串口输出 MDK 必须配置为User Micro LIB 。即为动态编译，可以减小 hex文件的带下减小flash使用空间。

代码如下：

#include “stm32f10x.h”
#include “stdio.h”

#define  PRINTF_ON 0             //设置printf() 输出
#define  RECEIVE_SEND_BACK 0     //设置接收信息后原文发送
#define  SEND_WORDS        1    //设置发送字符串

vu8 RxBuffer[]=”\r\n i will success finally..\r\n”;         //存储串口传入的数据,自定义字符串
vu32 count=0;

void RCC_Configuration(void);
void GPIO_Configuration(void);
void USART_Configuration(void);
void delay(vu32 x);

int main(void)
{
      RCC_Configuration();
      GPIO_Configuration();
    USART_Configuration();
    while(1)
    {
            #if PRINTF_ON
                printf(“\r\nThanks god ,i am success now..\r\n”);
            #elif RECEIVE_SEND_BACK
                if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==SET)
                {
                    RxBuffer[count] = USART_ReceiveData(USART1);
                    USART_SendData(USART1,RxBuffer[count]);
                    delay(5);
                }
            #elif SEND_WORDS

                USART_SendData(USART1,RxBuffer[count]);

                 while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
                //while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);       //检查是否发送完成的另一种方法

                count++;

                if(sizeof(RxBuffer)<count)
                {
                    count=0;
                    break;    //只发送一次
                }

            #endif
    }

}

void delay(vu32 x)         //vu32 1us一次
{
    vu32 a=100x/7;
    while(–x);
}

void GPIO_Configuration(void)
{
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
      GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure);

      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
      GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure);
}

void RCC_Configuration(void)
{
    / 定义枚举类型变量 HSEStartUpStatus /
    ErrorStatus HSEStartUpStatus;

      / 复位系统时钟设置/
      RCC_DeInit();
      / 开启HSE/
      RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
      / 等待HSE起振并稳定/
      HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
    / 判断HSE起是否振成功，是则进入if()内部 /
      if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
      {
        / 选择HCLK（AHB）时钟源为SYSCLK 1分频 /
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
        / 选择PCLK2时钟源为 HCLK（AHB） 1分频 /
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
        / 选择PCLK1时钟源为 HCLK（AHB） 2分频 /
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
        / 设置FLASH延时周期数为2 /
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
        / 使能FLASH预取缓存 /
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
        / 选择锁相环（PLL）时钟源为HSE 1分频，倍频数为9，则PLL输出频率为 8MHz  9 = 72MHz /
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
        / 使能PLL /
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        / 等待PLL输出稳定 /
        while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
        / 选择SYSCLK时钟源为PLL /
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        / 等待PLL成为SYSCLK时钟源 /
        while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
      }
      / 打开APB2总线上的GPIOA时钟/
      RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    //RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2 , ENABLE);

}

void USART_Configuration(void)
{
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_ClockInitTypeDef USART_ClockInitStructure;

    USART_ClockInitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Disable;
    USART_ClockInitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low;
    USART_ClockInitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;
    USART_ClockInitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable;
    USART_ClockInit(USART1 , &USART_ClockInitStructure);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);

     USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

#if     PRINTF_ON

int fputc(int ch,FILE f)
{
    USART_SendData(USART1,(u8) ch);
    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET);
    return ch;
}

#endif