第7章-STM32通用同步异步收发器USART3.ppt

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退出,嵌入式单片机原理及应用,电气工程学院仪器科学与工程系,1ARM嵌入式系统概述2STM32单片机结构和最小系统3基于标准外设库的C语言程序设计基础4STM32通用输入输出GPIO5STM32外部中断6STM32通用定时器7STM32通用同步/异步收发器USART8直接存储器存取DMA9STM32的模数转换器ADC10STM32的集成电路总线I2C11STM32的串行外设接口SPI,第7章STM32通用同步/异步收发器USART,7.1串行通信基础7.2STM32的USART的结构特性7.3USART相关寄存器7.4STM32串行通信的工作方式7.5USART应用设计7.6串行通信接口抗干扰设计,退出,7.1串行通信的基本概念,7.1.1并行通信与串行通信计算机的CPU与外部设备之间的信息交换，以及计算机与计算机之间的信息交换过程称为通信。

1并行通信数据字节的各位同时传送的通信方式。

并行通信的优点是数据传送速度快，缺点是占用的传输线条数多，适用于近距离通信。

2串行通信:

数据字节的各位一位一位地依次传送的通信方式。

串行通信的速度慢，但占用的传输线条数少，适用于远距离的数据传送。

3.波特率:

每秒钟传送的二进制数据的位数。

串行通信数据传输形式：

异步（AsynchronousCommunication）同步（SynchronousCommunication）,串行通信的方式：

单工（a）、半双工（b）和全双工（c）（simplexhalfduplexfullduplex）,7.1.2串行通信方式,7.1.2串行通信方式,异步通信方式：

单片机的串行通信使用的是异步串行通信，异步通信是指发送方和接收方采用独立的时钟，即双方没有一个相同的参考时钟作为基准。

在异步通信中数据一般以一个字符为单位进行传送。

用一帧来表示一个字符，一帧信息由起始位（为0信号，占1位）、数据位（传输时低位在先，高位在后）、奇偶较验位（可要可不要）和停止位（为1信号，可1位、1位半或2位）组成。

同步通信方式：

在同步通信中，每个数据块的开头以同步字符SYN加以指示，使发送与接受双方取得同步。

数据块的各字符之间没有起始位和停止位，提高了通信的速度。

但为了能保持同步传送，在同步通信中须用一个时钟来协调收发器的工作，这就增加了设备的复杂性。

7.1.3串行通信的数据传输形式-异步通信格式,7.1.3串行通信的数据传输形式-异步通信格式,7.1.3串行通信的数据传输形式-异步通信格式,7.1.3串行通信的数据传输形式-异步通信格式,7.1.4波特率,7.2STM32的USART的结构特性,STM32有3-5个的全双工的异步串行通信USART接口，可实现设备之间的串行数据传输。

外部引脚：

接收数据输入（RX）发送数据输出（TX）清除发送（nCTS）发送请求（nRTS）发送器时钟输出（CK）内部包括：

发送数据寄存器（TDR）接收数据寄存器（RDR）移位寄存器IrDA串行红外编解码模块硬件数据流控制器、时钟控制、发送控制、唤醒单元、接收控制、中断控制和波特率控制等。

PA口16脚,PB口16脚,PC口3脚,PD口2脚,USART2_TX:

USART2_RX:

:

USART1_TX,:

USART1_RX,USART3_RX:

USART3_TX:

串口2,串口1,串口3,STM32F103Cx：

拥有3个USART,PA口16脚,PB口16脚,PC口16脚,PD口3脚,:

USART1_RTS:

USART1_CTS:

USART1_RX:

USART1_TX:

USART1_CK,USART2_CTS:

USART2_RTS:

USART2_TX:

USART2_RX:

USART2_CK:

:

USART3_RTS:

USART3_CTS:

USART3_CK,USART3_RX:

USART3_TX:

STM32F103RBT6包含3个USART：

USART1、USART2、USART3。

CR1,CR3,7.3USART相关寄存器,USART的功能是通过操作相应寄存器实现的数据寄存器（USART_DR）控制寄存器1（USART_CR1）控制寄存器2（USART_CR2）控制寄存器3（USART_CR3）状态寄存器（USART_SR）波特比率寄存器（USART_BRR）保护时间和预分频寄存器（USART_GTPR）,数据寄存器（USART_DR）：

用于保存接收或者发送的数据,7.3USART相关寄存器,数据寄存器（USART_DR）：

用于保存接收或者发送的数据,7.3USART相关寄存器,控制寄存器1（USART_CR1）UE：

USART使能0：

USART分频器和输出被禁止1：

USART使能M：

字长0：

1位起始位，8位数据位，n个停止位1：

9位数据位WAKE：

唤醒方式0：

被空闲总线唤醒1：

被地址标记唤醒PCE：

校验控制使能PS：

校验选择0：

偶校验1：

奇校验PEIE,TXEIE，TCIE，RXNEIE，IDLEIETE：

发送使能RE：

接收使能RWU：

接收唤醒SBK：

发送断开帧,7.3USART相关寄存器,控制寄存器2（USART_CR2）LINEN：

LIN模式使能STOP1:

0：

停止位个数CLKEN：

时钟使能CPOL：

时钟极性CPHA：

时钟相位LBCL：

最后一位时钟脉冲LBDIE：

LIN断开符检测中断使能LBDL：

LIN断开符检测长度ADD3:

0：

本设备USART节点的地址,7.3USART相关寄存器,控制寄存器3（USART_CR3）,7.3USART相关寄存器,控制寄存器3（USART_CR3）DMAT：

DMA使能发送DMAR：

DMA使能接收,7.3USART相关寄存器,状态寄存器（USART_SR）CTS：

CTS标志LBD：

LIN断开检测ORE：

过载错误NE：

噪声错误标志FE：

帧错误标志TXE：

发送数据寄存器空当TDR寄存器的数据被硬件转移到移位寄存器的时候，由硬件置位，可以通过操作USART_DR寄存器清除此位TC：

发送完成当包含数据的一帧发送完，并且TXE=1时，由硬件置位，由软件序列清除（先读USART_SR，然后写入USART_DR）RXNE：

读数据寄存器非空当RDR移位寄存器中数据转移到USART_DR寄存器中，由硬件置位，通过读USART_DR清除此位IDLE：

总线空闲监测PE：

校验错误,7.3USART相关寄存器,波特率发生器（USART_BRR）DIV_Mantissa11:

0：

USARTDIV的整数部分DIV_Fraction3:

0：

USARTDIV的小数部分,7.3USART相关寄存器,保护时间和预分频寄存器（USART_GTPR）,7.3USART相关寄存器,7.4STM32串行通信的工作方式,7.4.1数据发送和接收1.数据发送

（1）通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART。

（2）编程USART_CR1的M位来定义字长。

（3）在USART_CR2中编程停止位的位数（4）如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位（DMAT）。

按照多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。

7.4.1数据发送和接收,1.数据发送（5）利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。

（6）设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。

（7）把要发送的数据写进USART_DR寄存器（此动作清除TXE位）。

在只有一个缓冲器的情况下，对每个待发送的数据重复本步骤。

（8）在USART_DR寄存器中写入最后一个数据后，要等待TC=1，它表示最后一个数据帧的传输结束。

当需要关闭USART或需要进入停机模式之前，需要确认传输结束，避免破坏最后一次传输。

（1）将USART_CR1寄存器的UE置1来激活USART；

（2）编程USART_CR1的M位来定义字长；（3）在USART_CR2中编写停止位的个数；,2.数据接收,7.4.1数据发送和接收,（4）如果需多缓冲器通信，选择USART_CR3中的DMA使能位（DMAR），按照多缓冲器通信所要求的配置DMA寄存器；（5）利用波特率寄存器USART_BRR选择所需的波特率；（6）设置USART_CR1的RE位，激活接收器，使它开始寻找起始位。

2.数据接收,7.4.1数据发送和接收,7.4.2硬件流控制,硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。

硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停发往计算机的数据流。

这种硬件握手方式的过程为：

我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75%）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25%），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将RTS线置高电平，当发送端的程序检测到CTS为高后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于高位而将RTS置低电平。

RTS用来标明接收设备有没有准备好接收数据。

什么是硬件流控制模式？

硬件流控制：

利用nCTS输入和nRTS输出可以控制2个设备间的串行数据流,7.4.2硬件流控制,7.5USART应用设计,7.5.1USART常用库函数STM32标准库中提供了几乎覆盖所有USART操作的函数，所有USART相关函数均在stm32f10x_usart.c和stm32f10x_usart.h中定义和声明,库函数：

USART_DeInit函数USART_Init函数USART_StrucInit函数USART_Cmd函数USART_ITConfig函数USART_DMACmd函数USART_SetAddress函数USART_WakeUpConfig函数USART_ReceiverWakeUpCmd函数USART_LINBreakDetectionConfig函数USART_LINCmd函数USART_SendData函数,7.5.1USART常用库函数,库函数（续）：

USART_ReceiveData函数USART_SendBreak函数USART_SetGuardTime函数USART_SetPrescaler函数USART_SmartCardCmd函数USART_SmartCardNackCmd函数USART_HalfDuplexCmd函数USART_IrDAConfig函数USART_IrDACmd函数USART_GetFlagStatus函数USART_ClearFlag函数USART_GetITStatus函数USART_ClearITPendingBit函数,7.5.1USART常用库函数,USART_Init（USART1,7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,typedefstructuint32_tUSART_BaudRate;uint16_tUSART_WordLength;uint16_tUSART_StopBits;uint16_tUSART_Parity;uint16_tUSART_Mode;uint16_tUSART_HardwareFlowControl;USART_InitTypeDef;,7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,USART_InitTypeDef,USART_BaudRate该参数用来设置串口传输的波特率。

波特率可以由以下公式计算：

波特率=fPCLK/（16*USARTDIV）IntegerDivider=（APBClock）/（16*（USART_InitStruct-USART_BaudRate）FractionalDivider=（IntegerDivider-（u32）IntegerDivider）*16）+0.5,7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,STM32单片机常用的波特率及其误差：

7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,USART_WordLength该参数用来设置在一个帧数据传输中或者接收到的一个帧数据中，数据的位数。

该参数可取的值,USART_StopBits该参数用来设置停止位的数目。

该参数可取的值。

7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,USART_Parity该参数用来设置一帧数据中奇偶校验的模式。

参数可取的值,注意：

奇偶校验一旦使能，在发送数据的最高位插入经硬件计算得到的奇偶校验位（字长9位时的第9位，字长8位时的第8位）。

7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,USART_HardwareFlowControl该参数用来设置硬件流控制模式使能还是失能。

该参数可取的值。

7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,USART_Mode该参数用来设置串口模块发送，接收开启或者关闭。

该参数可取的值：

例：

异步串口1，速率9600，8位数据，1个停止位，无校验，无流量控制，接收发送使能。

7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,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（USART1,7.5.1USART常用库函数USART_Init（）,USART_Cmd（USART1,ENABLE）;,7.5.1USART常用库函数USART_Cmd（）,USART_ITConfig（USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE）;,7.5.1USART常用库函数USART_ITConfig（）,7.5.1USART常用库函数USART_ITConfig（）,（帧，噪声，溢出错误）,USART_SendData（USART3,0x26）;,7.5.1USART常用库函数USART_SendData（）,u16RxDATA；RxDATA=USART_ReceiveData（USART2）;,7.5.1USART常用库函数USART_ReceiveData（）,FlagStatusStatus；Status=USART_GetFlagStatus（USART1，USART_FLAG_TXE）;,7.5.1USART常用库函数USART_GetFlagStatus（）,7.5.1USART常用库函数USART_GetFlagStatus（）,USART_ClearFlag（USART1，USART_FLAG_ORE）;,7.5.1USART常用库函数USART_ClearFlag（）,ITStatusErrorITStatus；ErrorITStatus=USART_GetITStatus（USART1，USART_IT_ORE）;,7.5.1USART常用库函数USART_GetITStatus（）,7.5.1USART常用库函数USART_GetITStatus（）,USART_ClearITPendingBit（USART1，USART_IT_ORE）;,7.5.1USART常用库函数USART_ClearITPendingBit（）,7.5.2USART使用流程,USART基本配置流程（见右图）串口是IO口的复用功能：

PA9复用推挽输出；PA10浮空输入,7.5.3USART应用设计1串口收发数据,例1：

利用上位机的串口与STM32的USART1通信。

上位机通过键盘给STM32的串口发送字符，STM32将接收到的字符再传回上位机。

在上位机上通过串口调试助手显示结果。

intmain（void）uint16_ti;USART_Config（）;while

（1）if（USART_GetFlagStatus（USART1,USART_FLAG_RXNE）=SET）i=USART_ReceiveData（USART1）;USART_SendData（USART1,i）;while（USART_GetFlagStatus（USART1,USART_FLAG_TC）!

=SET）;,7.5.3USART应用设计1串口收发数据（主程序-查询）,voidUSART_Config（void）GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE）;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,7.5.3USART应用设计1串口收发数据（串口程序1）,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（USART1,7.5.3USART应用设计1串口收发数据（串口程序2）,将程序下载到开发板，通过串口与PC机相连，打开串口调试助手，串口调试助手显示,7.5.3USART通信实例2串口发送数据,例2：

用串口2发送数据，上位机使用串口调试工具接收并显示。

串口发送完数据后跳变LED2灯。

7.5.3USART通信实例2串口发送数据（主程序）,intmain（void）SystemInit（）;/配置系统时钟gpio_conf（）;/初始化LED和按键IO口USART2_Config（）;/初始化串口while

（1）for（unsignedinti=0;i0xfffe;i+）for（unsignedchark=0;k9;k+）asm（nop）;Usart2_PutChar（0x34）;/从串口2发送数据LED2B（）;,7.5.3USART应用设计2串口发送数据（串口设置1）,voidUSART2_Config（void）/1）定义初始化结构体GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;/2）开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE）;RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE）;,7.5.3USART应用设计2串口发送数据（串口设置2）,/3）IO口初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init（GPIOA,7.5.3USART应用设计2串口发送数据（串口设置3）,/4）串口参数初始化USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;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（USART2,/串口2发送数据函数（查询）voidUsart2_PutChar（unsignedchardata）USART_SendData（USART2,data）;while（USART_GetFlagStatus（USART2,USART_FLAG_TXE）=RESET）;/定义点亮、熄灭、跳变LED2#defineLED2ON（）GPIOB-ODR|=GPIO_Pin_6#defineLED2OFF（）GPIOB-ODR&=GPIO_Pin_6#defineLED2B（）GPIOB-ODR=GPIO_Pin_6,7.5.3USART通信实例2串口发送数据,voidgpio_conf（void）GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE）;/*配置PB3-7外设为输出*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;/外设口线3-7GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT_PP;/设为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;/50MHzIO口GPIO_Init（GPIOB,7.5.3USART通信实例2串口发送数据（GPIO配置1）,/*GPIOC外设时钟使能*/RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE）;/*配置PC0-3外设为输入*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;/外设口线0-3GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;/输入GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;/50MHzIO口G