STM32F103之USART学习记录

1、USART的主要特性

　　1）名称：串行异步通信接口

　　2）全双工、异步通信

　　3）发送和接收速率最高可达4.5MBits/s

　　4）可编程数据长度8或9bits

　　5）可配置的停止位：支持1或2位停止位

　　6）单线半双工通信

　　7）使用DMA（直接存储器访问）可配置多缓冲通信

　　8）支持独立的发送和接收

　　9）发送确认标志：接收缓冲区慢、发送缓冲空、发送结束标志

　　10）奇偶控制：传输奇偶位、检查接收数据的奇偶

　　11）四个错误检测标志：溢出错误、噪声错误、帧错误、奇偶错误

　　12）10个带中断源标志：发送数据寄存器为空、发送完成、接收数据寄存器满、溢出错误、噪声错误、帧错误、奇偶错误。。。

　　13）如果没有发生地址匹配，多处理器通信进入静音模式

　　14）从静音模式中唤醒

2、关于帧格式

　　1）起始位

　　2）一个数据字（8或9位） 最开始输出的是低位

　　3）停止位表示传输完成    停止位有0.5、1、1.5、2位

　　4）这个接口使用一个分数波特率发生器：12位尾数和4位小数

　　5）一个状态寄存器（USART_SR）

　　6）数据寄存器（USART_DR）

　　7）波特率寄存器（USART_BRR）：12位尾数和4位小数

　　8）一个保证时间寄存器（USART_GTRP） 主要是在智能卡模式下

3、USART特性描述

　　1）数据发送字长可以选择为8位或9位，这个由USART_CR1寄存器决定

　　2）在开始位时，TX引脚为低；在结束位时，TX引脚为高

　　3）空闲帧

　　4）中断帧

　　5）设置发送使能位（TE）后，会发送一个空闲帧

4、可配置的停止位

　　1）停止位的位数控制寄存器2的12/13位来控制

　　2）默认停止位是1位 还有2位、0.5位、1.5位用于其他模式

　　3）空闲帧传输时包括停止位

　　4）中断帧是10或11个低比特+停止位   不会传输超过11个低位的比特

5、编程的步骤

　　1）通过将USART_CR1寄存器的UE位写1使能USART

　　2）写USART_CR1的M位来确定字长

　　3）配置USART_CR2寄存器确定停止位的长度

　　4）如果要进行多缓冲区通信时，在USART_CR3寄存器中配置DMA使能。

　　     就如同多缓冲区通信那样配置DMA。

　　5）配置USART_BRR寄存器确定波特率

　　6）配置USART_CR1寄存器的TE位为1，使其在第一次数据发送时发送空闲帧

　　7）将要发送的数据写在USART_DR寄存器中（这样会清除TXE位）。

　　　  在单缓冲区中发送数据就重复这个操作。

　　8）将最后一个数据写进USART_DR寄存器后，等待TC=1。

　　　  这个可以保证最后一帧传输完了。

　　　  这个操作是有必要的，因为当USART被禁止或者进入停机模式时，可以避免

最后一帧被打断。

6、单字节通信

　　1）每当数据被写进数据寄存器后，TXE位都会被清掉。

　　2)TXE位由硬件设置，并且它可以保证：

　　a.数据已经从TDR转移到移位寄存器，并且数据发送已经开始了

　　b.TDR寄存器为空

　　c.下一个数据可以写在USART_DR寄存器中而不需要覆盖先前的数据。

　　3）如果TXEIE位被设置为1，这个位将产生一个中断。

　　4）当进行传输时，对USART_DR寄存器的写指令将数据存储在TDR寄存器中，并且在传输完成时数据会被复制到移位寄存器中。

　　5）当没有发生传输时，对USART_DR寄存器的写指令直接将数据存储在移位寄存器中，传输开始，并且TXE位立刻被置1。

　　6）如果在停止位后发送一帧数据，并且TXE位被设置了，TC位就会变高。

　　　  如果USART_CR1寄存器中的TCIE位被设置了，就会产生一个中断。

　　7）在把最后一个数据写进USART_CR1时，若要禁用USRAT或让微控制器进入

　　      低功耗模式时必须等待TC=1。

　　8）TC位可通过如下的软件方法进行清除

　　　　a.读一下USART_SR寄存器

　　　　b.写一下USART_DR寄存器

　　　　c.TC位也可以通过写0来清除。这种清除方式仅仅建议在多缓冲通信的时候使用。

7、关于接收

　　1）USART可以接收8位或9位的数据，这取决于USART_CR1寄存器的M位。

　　2）在USART中，当检测到一个特定的样本序列时，起始位被检测到。

　　3）在USART接收的过程中，数据首先在RX引脚上在最低有效位上移动。

　　　　在这种模式下，USART_DR寄存器由内部总线和接收移位寄存器中间的缓冲区（RDR）组成。

　　

8、接收程序编写过程

　　1）通过将USART_CR1寄存器的UE位写1使能USART。

　　2）写USART_CR1寄存器的M位确定接收字的长度。

　　3）写USART_CR2寄存器确定停止位。

　　4）如果要进行多缓冲区通信，在USART_CR3寄存器中使能DMA。

　　5）写USART_BRR配置接收波特率。

　　6）在USART_CR1寄存器中将RE写为1，这样可以在接收的过程中搜索起始位。

9、当接收到一个字符时

　　1）RXNE位被设置为1。它表示移位寄存器的内容被转移到RDR寄存器中。换句话说，数据被接受了并且可以读数据了。

　　2）如果RXNE位被置位了就会产生一个中断。

　　3）如果在接收的过程中如果检测到帧错误、噪声或溢出错误，错误标志位就被置位了。

　　4）在多缓冲区模式中，每接收一个字节后，RXNE就被置位，DMA读取数据寄存器后就会把位清掉。

　　5）在单缓冲模式下，通过软件读取USART_DR寄存器可以清除RXNE位。通过写0也可以清除RXNE标志位。在接收下一个字符之前必须要清除RXNE标志位以避免溢出错误。

　　6）在接收数据的过程中，RE位不能被重置。在接收的过程中，如果RE位被禁用的话，当前接收的字节会中止。

10、分割字符

　　当接收一个分割字符时，USART将其作为帧错误处理。

11、空闲字符

12、溢出错误

　　当在接收一个字符时，如果RXNE位没有被清除就会产生溢出错误。在RXNE位没有被清除之前，数据不能从移位寄存器转移至RDR寄存器。

13、当产生溢出中断时

　　1）ORE位会被置位

　　2）RDR寄存器里的内容会丢失。当读USART_DR寄存器时，以前的数据还是可用的。

　　3）移位寄存器会被覆盖。在这之后，接收到的数据都会丢失。

　　4）如果设置了RXNEIE位或者同时设置了EIE和DMA位，就会产生一个中断。

　　5）先对USART_SR寄存器进行一个读操作，然后对USART_DR寄存器进行一个读操作，ORE位就会被清除掉。

　　6）如果ORE位被置位，表示至少有一个数据丢失了。这里有两种可能性：

　　　　a）如果RXNE=1，最后的有效数据将存储在接收寄存器RDR中，并且可以读取。

　　　　b）如果RXNE=0。

14、噪声错误

15、帧错误

16、在接收期间可配置的停止位

17、分数波特率发生器

　　1）发送和接收的波特率会被设置为相同的值，波特率值由USARTDIV的尾数和分数编程。

　　

　　2）USARTDIV的值由USART_BRR寄存器配置。

18、如何从USART_BRR寄存器获取USARTDIV的值

　　例子1：

　　关于波特率误差的计算

　　误差=（计算的波特率 - 期望波特率）/期望波特率

19、串口接收对时钟偏差的容忍

　　只有总系统时钟的偏差比USART接收的偏差小时，USART的异步接收才能正常工作。

20、多机通信

21、空闲线检测

　　当RWU位被写为1时，USART进入静音模式。

22、地址符号检测

　　在这种模式下，如果MSB=1，字节将被认为是地址，否则被认为数据。

23、奇偶控制

　　

27.3.8 局域互联网络模式（LIN）

27.3.9 USART 同步模式

27.3.10 单线半双工通信

27.3.13 使用DMA进行连续通信

27.4 USART 中断

27.5 USART 模式配置

27.6 USART 寄存器    寄存器一般都是32位

　　1）Status register（USART_SR）状态寄存器

　　2）Data register（USART_DR）数据寄存器

　　3）Baud rate register（USART_BRR）波特率寄存器

　　4）Control register 1（USART_CR1）控制寄存器1

　　5）Control register 2（USART_CR2）控制寄存器2

　　6）Control register 3（USART_CR3）控制寄存器3

　　7）Guard time and prescaler register（USART_GTPR）保护时间和预分频寄存器

　　8）USART寄存器图

关键的函数：

1、void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)

这个函数主要用来处理中断

2、UART_Receive_IT(huart);

这个函数在被包含在HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)函数里

这个函数首先判断数据字长是8位还是9位

疑问：

函数是怎么进入HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)这个函数

//=======================编程相关===============================//

1、在初始化一个串口时，先初始化与MCU无关的串口协议，再初始化与MCU相关的串口引脚

2、初始化一个外设，无非要初始化两方面的内容：一方面是相关协议；另一方面就是引脚相关了。

//========================串口发送程序===========================//

1、串口发送程序中很重要的一个寄存器是DR（数据寄存器）

从图中可以看出数据的流向

1）首先把数据往DR里写

2）DR里的数据先转移到TDR（发送数据寄存器）中

3）TDR的数据再转移到Transmit Shfit Register中

4）Transmit Shfit Register的数据最后通过TX口发送出去

//====================串口接收程序=======================//

1、我认为最关键的一点是：找到接收程序的入口

　　1）接收程序的入口函数是USART1_IRQHandler函数

　　2）在main函数里没有USART1_IRQHandler函数，如何才能进入该函数呢？

　　3）在启动文件里已经配置了向量表，向量表里存储的内容便是中断或异常程序的入口地址。

　　　  当发生与USART1相关的异常或中断时，PC指针就会移到USART1_IRQHandler函数的入口地址，执行相关程序。

2、第二个关键点是：理清楚USART1_IRQHandler函数里的一层层函数嵌套关系

3、串口接收中断程序中有一个关键函数

/**
  * @brief  Receives an amount of data in non blocking mode.
  * @note   When UART parity is not enabled (PCE = 0), and Word Length is configured to 9 bits (M1-M0 = 01),
  *         the received data is handled as a set of u16. In this case, Size must indicate the number
  *         of u16 available through pData.
  * @param  huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *               the configuration information for the specified UART module.
  * @param  pData Pointer to data buffer (u8 or u16 data elements).
  * @param  Size  Amount of data elements (u8 or u16) to be received.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
  /* Check that a Rx process is not already ongoing */
  if (huart->RxState == HAL_UART_STATE_READY)
  {
    if ((pData == NULL) || (Size == 0U))
    {
      return HAL_ERROR;
    }

    /* Process Locked */
    __HAL_LOCK(huart);

    huart->pRxBuffPtr = pData;
    huart->RxXferSize = Size;
    huart->RxXferCount = Size;

    huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
    huart->RxState = HAL_UART_STATE_BUSY_RX;

    /* Process Unlocked */
    __HAL_UNLOCK(huart);

    /* Enable the UART Parity Error Interrupt */
    __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_PE);

    /* Enable the UART Error Interrupt: (Frame error, noise error, overrun error) */
    __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_ERR);

    /* Enable the UART Data Register not empty Interrupt */
    __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE);

    return HAL_OK;
  }
  else
  {
    return HAL_BUSY;
  }
}

有了这个函数才会开启中

//接收程序遇到的第二个问题

串口在接收的过程中只能接收一次

原因：在中断结束后，还是要再次设置接收中断函数

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

而且这个函数放的位置也有讲究

/**
  * @brief This function handles USART1 global interrupt.
  */
void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
  while(HAL_UART_GetState(&huart1) != HAL_UART_STATE_READY);
  while(HAL_UART_Receive_IT(&huart1, huart1_RxBuffer, ) != HAL_OK);
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

以上两条语句参考的是正点原子程序

另外在接收和发送程序的过程中，最好加一些延时，不然会卡住。