STM32外设：串行通信 USART、I2C、SPI

USART：Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter 通用同步异步接收发送器

UART：异步中断

主要功能：接收指定长度的帧

数据通路

CPU←输入数据缓冲器←串行输入移位寄存器←引脚UART_RX

CPU→输出数据缓冲器→串行输出移位寄存器→引脚UART_TX

• 串行通信：一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输(移位寄存器)
• 波特率(bps)：每秒钟传输的数据位数(双方必须使用相同波特率)
• 串行通信类型：同步、异步
• 异步通信数据格式：起始位(start bit)+若干数据位(data bits)+奇偶校验位(parity bit)+停止位(stop bit)
• 支持轮询(缺省)、中断、DMA

硬件设计

开发板mini USB口是使用的USART2引脚：PA2复用为USART2_TX、PA3复用为USART2_RX

在PC端“串口调试助手”中，使用STLink的虚拟串口COMx进行收发信息

CubeMX的配置

1. 引脚分配：

• 自动分配PA2为USART2_TX
• 自动分配PA3为USART2_RX

1. 外设配置：
   
   Connectivity→USART2 →模式→ Mode=Asynchronous异步通讯方式、Hardware Flow Control(RS232)=Disable 硬件流控制禁用
   
   Connectivity→USART2 →参数配置(基本参数)→波特率=115200、传输数据长度(包括校验位)=8、无奇偶校验=None、停止位长度=1
   
   System Core-NVIC-NVIC中断表 →参数配置(NVIC)→USART2 global interrupt→ 勾选使能、并设置抢占优先级和子优先级

用户代码

//USER CODE Includes：头文件
//printf重定位为uart
#include "stdio.h" 

//USER CODE PD：常量定义define
#define BUF_SIZE 10

//USER CODE PV：变量定义variables
uint8_t RxMsg[BUF_SIZE]={""};//接收缓冲区
uint32_t RxFlag=0;//接收标志位

//USER CODE2：外设启动
printf("准备开始接收：\n");
HAL_UART_Receive_IT(&huart2,(uint8_t*)RxBuf,BUF_SIZE);

//USER CODE3：后台程序(无限循环)
if(RxFlag==1){
  RxFlag=0;
  HAL_UART_Transmit_IT(&huart2,(uint8_t*)RxBuf,BUF_SIZE);
  HAL_UART_Receive_IT(&huart2,(uint8_t*)RxBuf,BUF_SIZE);
}

//USER CODE4：用户函数定义或前台程序(定义中断回调函数)
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){
  if(huart->Instance==USART2){
    RxFlag=1;
  }
}
//printf重定位为uart
int fputc(int ch,FILE *f){
  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t *) &ch,1,HAL_MAX_DELAY);
  return ch;
}

UART:DMA

主要作用：在数据传输过程中，由DMA控制，从而节省CPU资源

DMA传输的4个要素

• 传输源 ：DMA数据传输的来源
• 传输目标：DMA数据传输的目的
• 传输数量：DMA传输数据的数量
• 触发信号：启动一次DMA数据传输的动作

数据流Stream：传输源和传输目标的数据通路

传输源和传输目标称为通道（Channel）

若使能FIFO功能后，源数据先送入FIFO，达到FIFO的触发阈值后，再传送到目标地址

数据传输方式

• 普通模式：传输结束后（即要传输数据的数量达到零），将不再产生DMA操作。若开始新的DMA传输，需在关闭DMA通道情况下，重新启动DMA传输。
• 循环模式：可用于处理环形缓冲区和连续数据流（例如ADC扫描模式）。当激活循环模式后，每轮传输结束时，要传输的数据数量将自动用设置的初始值进行加载， 并继续响应DMA请求。

空闲状态

• 在一帧数据传输结束后，通信线路将会维持高电平，这个状态称为空闲状态
• 当CPU检测到通信线路处于空闲状态时，空闲状态标志IDLE将由硬件置1。如果串口控制寄存器CR1中的IDLEIE位为1，将会触发空闲中断（ IDLE中断）；
• 由于空闲标志是在一帧数据传输完成后才置位，在有效数据传输过程中不会置位，因此借助空闲中断，可以实现不定长数据的收发

硬件设计

同上

CubeMX的配置

1. 引脚分配：

• 自动分配PA2为USART2_TX
• 自动分配PA3为USART2_RX

1. 外设配置：
   
   Connectivity→USART2 →模式→ Mode=Asynchronous异步通讯方式、Hardware Flow Control(RS232)=Disable 硬件流控制禁用
   
   Connectivity→USART2 →参数配置(基本参数)→波特率=115200、传输数据长度(包括校验位)=8、无奇偶校验=None、停止位长度=1
   
   Connectivity→USART2 →参数配置(DMA设置)→ADD→USART2_RX→传输模式=普通、地址递增=外设不递增、存储器递增、FIFO使用=不是能、数据宽度=Byte
   
   Connectivity→USART2 →参数配置(DMA设置)→ADD→USART2_TX→传输模式=普通、地址递增=外设不递增、存储器递增、FIFO使用=不是能、数据宽度=Byte
   
   System Core-NVIC-NVIC中断表 →参数配置(NVIC)→USART2 global interrupt→ 勾选使能、并设置抢占优先级和子优先级
   
   System Core-NVIC-NVIC中断表 →参数配置(NVIC)→DMA1 stream5 global interrupte→由CubeMX自动勾选使能、并设置抢占优先级和子优先级
   
   System Core-NVIC-NVIC中断表 →参数配置(NVIC)→DMA1 stream6 global interrupte→由CubeMX自动勾选使能、并设置抢占优先级和子优先级

用户代码

stm32f4xx_it.c文件

void USART2_IRQHandler(void){
  HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_IDLE)!=RESET){
    __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2);//清除IDLE中断标志
    HAL_UART_IdleCpltCallback(&huart2);//调用用户编写IDLE中断回调函数
  }
}

main.c文件

//USER CODE PD：常量定义define
#define BUF_SIZE 1024

//CubeMX生成的变量
UART_HandleTypeDef huart2;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart2_rx;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart2_tx;

//USER CODE PV：变量定义variables
uint8_t RxBuf[BUF_SIZE]={""};//接收缓冲区
uint8_t RxFlag=0;//中断标志：0-接收未完成 1-接收完成
uint16_t RxLen=0;//接收消息长度

//USER CODE2：外设启动
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_IDLE);//使能IDLE中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart2,(uint8_t*)RxBuf,BUF_SIZE);//启动DMA接收

//USER CODE3：后台程序(无限循环)
if(RxFlag==1){
  RxFlag=0;
  RxLen=BUF_SIZE-__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx);//发生空闲中断时，已接收数据长度=数据总量-DMA中待接收的数据个数
  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2,(uint8_t *)RxBuf,RxLen);
  RxLen=0;
  __HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart2_rx);//设置DMA Disable 触发DMA中断，调用接收中断回调函数来重启下一次DMA接收
}

//USER CODE4：前台程序(定义中断回调函数)
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){
  if(huart->Instance==USART2){
    HAL_UART_Receive_DMA(&huart2,(uint8_t*)RxBuf,BUF_SIZE);
  }
}
void HAL_UART_IdleCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){
  RxFlag=1;//设置接收完成标志
}

I2C

I2C总线：SCL时钟线、SDA数据线，只允许一个主设备STM32 MCU、可以有多个从设备

总线根据设备选择上拉电阻1~10k，IO引脚复用开漏模式

每个器件都有一个唯一地址，最多有127个器件地址(7bit地址模式)、新I2C规范增加10bit地址模式 最多器件地址为1023个器件地址

根据通信帧内的地址分辨从设备

SPI

SPI总线：MOSI 主输出从输入、MISO 主输入从输出、SCK时钟(时钟上升沿收发1bit)、CS选片(通讯过程中保持低电平)

在主设备为只有一个NSS连接从设备CS、要使用多个从设备需要使用其他IO引脚连接从设备CS(不需要发送地址数据、但需要占用IO引脚)

SCK时钟的频率由主设备决定