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一文学会标准库USART

news 2025/10/23 8:09:07

USART全解

提示：本文使用开发板是STM32f103vet6，本文使用代码承接上一张

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文章目录

  • USART全解
  • 题目重述
    • 1. USART模块简介
      • 4，USART 通信
    • 2. USART的基本用法
    • 3. 移位寄存器和串并转换
    • 4. 数据帧格式的设置方法
    • 5. 波特率的设置方法
    • 6. 编程接口
        • 7，USART 框图
        • 8，USART 常用 API
        • 9，软件设计流程
        • 10，代码模块（usart串口输入）
        • 11，代码模块（usart数据处理）
      • 12,开发板链接

题目重述

请根据提供的目录内容，逐步简单解释如何理解串口（USART）的使用，包括发送和接收数据，以及奇校验和偶校验的设置。

1. USART模块简介

4，USART 通信

USART 通用同步、异步收发。如果芯片支持时钟同步，则称 USART，如果没有就是 UART。

UART 包含 TxD 发送线，RxD 接收线两根数据线，TxD 与 RxD 交叉连接。全双工、异步、串行通信。

一帧包含：起始位 + 数据位 + 奇偶校验位 + 停止位。
在这里插入图片描述

起始位：信号由高变到低并且维持一个位的低电平，称为起始位。

数据位：LSB 低位先出，0 低电平，1 高电平，逐位发送。有 8 位和 9 位。

奇偶校验位：用于检验数据是否出错。分奇校验、偶校验、无校验。

​ 奇校验是指数据位中 1 的个数如果是奇数个，则为 0，否则为 1；

​ 偶校验是指数据位中 1 的个数如果是偶数个，则为 0，否则为 1。

​ 无校验即不使用校验位。

停止位：数据位和奇偶校验位结束后，总线变为高电平，并且维持 1 位、1.5 位、2 位等位数的高电平。

空闲状态：总线处于高电平定义为空闲状态。

波特率：每秒传输的位数，单位 bps。常见的 9600，115200。

硬件流控：

接收方的 nRTS 引脚与发送方的 nCTS 连接，当接收方将 nRTS 拉高电平时，发送方检测到 nCTS 高电平就暂停发送；

当接收方将 nRTS 拉低电平，发送方检测到 nCTS 低电平就继续发送。

这样即可实现总线上数据流量的控制。流控是由接收方控制的。
在这里插入图片描述

串口的配置：

在这里插入图片描述

2. USART的基本用法

要使用串口通信，需配置以下内容：

  • 设置数据传输的波特率（如9600、115200，表示每秒传多少位）
  • 设定数据长度（通常是8位）
  • 选择是否启用校验位（奇校验或偶校验）
  • 设置停止位个数（1或2）

发送和接收通过TX（发送引脚）和RX（接收引脚）完成。

3. 移位寄存器和串并转换

  • 并行数据：多个位同时传输（如8根线一起传）
  • 串行数据：一位一位传（只需1根线）

移位寄存器负责转换：

  • 发送时：把并行数据（如一个字节）→ 一位位移出（串行）
  • 接收时：把收到的串行数据 → 汇集成一个字节（并行）

4. 数据帧格式的设置方法

数据帧是一次传输的基本单位，结构如下：

起始位数据位（8位）校验位（可选）停止位
1位D0~D71位1~2位

设置示例：8-N-1 表示 8位数据、无校验、1位停止位
若为8-E-1：表示偶校验；8-O-1：奇校验

5. 波特率的设置方法

波特率 = 每秒传输的位数（如115200 bit/s）

  • 双方设备必须设置相同波特率才能正确通信

  • 单片机通过内部定时器或波特率发生器生成该时钟

  • 计算公式：
    分频值=系统时钟16×波特率\text{分频值} = \frac{\text{系统时钟}}{16 \times \text{波特率}} 分频值=16×波特率系统时钟​

6. 编程接口

这是软件如何控制USART的方式：

  • 初始化配置（波特率、数据位、校验位等）
  • 发送函数：将数据写入发送寄存器，硬件自动发送
  • 接收函数：从接收寄存器读取收到的数据
  • 中断或轮询方式处理数据
7，USART 框图

数据从 TDR 移入 发送移位寄存器后，硬件就将 TXE 标志置 1，此时并不表示数据发送完成，只表示 TDR 空了，可以发送下一个数据了。

什么时候才发送完成？当停止位发送完成后，TC 标志置 1。TC 标志表示数据发送完成。

当接收移位寄存器中收满数据后，硬件自动将数据移入 RDR 寄存器，并将 RXNE 标志置 1，表示接收到了数据。

当一帧数据传输完毕，没有下一帧数据要继续发送，此时总线处于空闲状态，产生一次空闲标志 IDLE。之后持续空闲，不会重复产生空闲标志。除非下一次传输完毕空闲，才会再次产生空闲标志。

在这里插入图片描述

8，USART 常用 API
// 初始化
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);
// 使能/禁用
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);// DMA 使能/禁用
void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState);// 发送、接收数据
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);// 中断配置
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);
// 获取/清除状态
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
9，软件设计流程

在这里插入图片描述

10，代码模块（usart串口输入）
//main.c#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
#include "gpio.h"
#include "delay.h"
#include "exti.h"
#include "usart.h"uint8_t SendData[] = {"指针跳跃！\r\n"};int main(void)
{NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);MX_GPIO_Init();delay_Init();MX_EXTIO_Init( 3, 3);MX_USART1_Init(115200);MX_USART1_NVIC_Init(2,0);for(uint16_t i=0;i<sizeof(SendData);i++){USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC); //清楚发送完成标志位USART_SendData(USART1,SendData[i]);     //按位发送while(USART_GetFlagStatus( USART1, USART_FLAG_TC ) == RESET){} //等待发送}while(1)
{GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_6  ,Bit_RESET);//输出低电平delay_ms(300);	GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_6 ,Bit_SET);  //输出高电平delay_ms(300);	}}

//usart.h
#ifndef _USART_H_
#define _USART_H_#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>void MX_USART1_Init(uint32_t Baud);
void MX_USART1_NVIC_Init(uint8_t Preemption,uint8_t Sub);#endif
//usart.c
#include "usart.h"void MX_USART1_Init(uint32_t Baud)
{
//-------------------------------------GPIO Init-------------------------------------------//GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA  ,ENABLE);      //使能時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 ,ENABLE);     //使能時鐘//PA0  TXGPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;              //輸出复用推挽GPIO_InitStruct.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_9;                    //選擇PINGPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,  &GPIO_InitStruct);//PA10   RXGPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;                 //上拉模式GPIO_InitStruct.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_10;                   //選擇PINGPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,  &GPIO_InitStruct);USART_Cmd(USART1,ENABLE);																	//使用串口//-------------------------------------USART Init-------------------------------------------//USART_InitTypeDef USART_InitStruct;USART_InitStruct.USART_BaudRate              = Baud;                            //波特率USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl   = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制USART_InitStruct.USART_Mode                  = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  //使用串口收发模式USART_InitStruct.USART_Parity                = USART_Parity_No;                //不校验USART_InitStruct.USART_StopBits              = USART_StopBits_1 ;              //停止位1位USART_InitStruct.USART_WordLength            = USART_WordLength_8b;            //数据位为8位USART_Init(USART1, & USART_InitStruct);USART_Cmd( USART1, ENABLE);}void MX_USART1_NVIC_Init(uint8_t Preemption,uint8_t Sub)
{//-------------------------------------NVIC Init-------------------------------------------//NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;USART_ITConfig( USART1, USART_IT_RXNE ,ENABLE);USART_ITConfig( USART1,  USART_IT_RXNE, ENABLE);NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel                    = USART1_IRQn; //外部中断线0NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd								 = ENABLE;   //使能中断NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority  = Preemption; //抢占优先级NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority         = Sub;  //响应优先级NVIC_Init(& NVIC_InitStruct);}void USART1_IRQHandler(void)
{uint8_t res;if (USART_GetITStatus( USART1,USART_IT_RXNE) != RESET){res = USART_ReceiveData(USART1);USART_SendData(USART1,res);    //按下发送}}
11，代码模块（usart数据处理）
//main.c
#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>#include "gpio.h"
#include "delay.h"
#include "exti.h"
#include "usart.h"uint8_t SendData[] = {"指针跳跃!\r\n"};int main(void)
{uint32_t Led_ts = 0;BitAction BitVal = Bit_SET;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);MX_GPIO_Init();delay_Init();MX_EXTIO_Init( 3, 3);MX_USART1_Init(115200);MX_USART1_NVIC_Init(2,0);//		for(uint16_t i=0;i<sizeof(SendData);i++)
//		{
//			USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC); //清楚发送完成标志位
//			USART_SendData(USART1,SendData[i]);     //按位发送
//			while(USART_GetFlagStatus( USART1, USART_FLAG_TC ) == RESET){} //等待发送
//		}printf("%s",SendData);while(1)
{if(U1RX_IDLE_FLAG == 1 ){printf("Recv[%d];%s",U1RX_LEN,U1RX_DATA);if(strncmp(U1RX_DATA,"启动蜂鸣器",10) == 0){GPIO_WriteBit(GPIOC ,GPIO_Pin_9, Bit_RESET);}else if(strncmp(U1RX_DATA,"关闭",4) == 0){GPIO_WriteBit(GPIOC ,GPIO_Pin_9, Bit_SET);}if(strncmp(U1RX_DATA,"启动绿灯",8) == 0){GPIO_WriteBit(GPIOC ,GPIO_Pin_7 , Bit_RESET);}else if(strncmp(U1RX_DATA,"关绿灯",6) == 0){GPIO_WriteBit(GPIOC ,GPIO_Pin_7, Bit_SET);}if(strncmp(U1RX_DATA,"启动红灯",8) == 0){GPIO_WriteBit(GPIOC ,GPIO_Pin_8 , Bit_RESET);}else if(strncmp(U1RX_DATA,"关红灯",6) == 0){GPIO_WriteBit(GPIOC ,GPIO_Pin_8, Bit_SET);}memset(U1RX_DATA,0,U1RX_MAX_LEN);U1RX_IDLE_FLAG = 0;U1RX_LEN = 0;}if((GetTick() - Led_ts) > 1000){BitVal = (BitAction)! BitVal;GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_6 , BitVal);Led_ts = GetTick();}}}

//usart.h
#ifndef _USART_H_
#define _USART_H_#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>void MX_USART1_Init(uint32_t Baud);
void MX_USART1_NVIC_Init(uint8_t Preemption,uint8_t Sub);#define  U1RX_MAX_LEN  128extern char  U1RX_DATA[ U1RX_MAX_LEN ];
extern uint8_t U1RX_LEN;
extern bool U1RX_IDLE_FLAG ;#endif
//usart.c
#include "usart.h"char U1RX_DATA[ U1RX_MAX_LEN] = { 0 };
uint8_t U1RX_LEN;
bool U1RX_IDLE_FLAG = 0;void MX_USART1_Init(uint32_t Baud)
{
//-------------------------------------GPIO Init-------------------------------------------//GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA  ,ENABLE);      //使能時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 ,ENABLE);     //使能時鐘//PA0  TXGPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;              //輸出复用推挽GPIO_InitStruct.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_9;                    //選擇PINGPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,  &GPIO_InitStruct);//PA10   RXGPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;                 //上拉模式GPIO_InitStruct.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_10;                   //選擇PINGPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,  &GPIO_InitStruct);USART_Cmd(USART1,ENABLE);																	//使用串口//-------------------------------------USART Init-------------------------------------------//USART_InitTypeDef USART_InitStruct;USART_InitStruct.USART_BaudRate              = Baud;                            //波特率USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl   = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制USART_InitStruct.USART_Mode                  = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  //使用串口收发模式USART_InitStruct.USART_Parity                = USART_Parity_No;                //不校验USART_InitStruct.USART_StopBits              = USART_StopBits_1 ;              //停止位1位USART_InitStruct.USART_WordLength            = USART_WordLength_8b;            //数据位为8位USART_Init(USART1, & USART_InitStruct);USART_Cmd( USART1, ENABLE);       //闭合总开关}void MX_USART1_NVIC_Init(uint8_t Preemption,uint8_t Sub)
{//-------------------------------------NVIC Init-------------------------------------------//USART_ITConfig( USART1, USART_IT_RXNE ,ENABLE);//配置中断RXNEUSART_ITConfig( USART1, USART_IT_IDLE ,ENABLE); //配置中断IDLE//配置中断USART_ITConfig( USART1,  USART_IT_RXNE, ENABLE);//配置NVICNVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel                    = USART1_IRQn; //外部中断线0NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd								 = ENABLE;   //使能中断NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority  = Preemption; //抢占优先级NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority         = Sub;  //响应优先级NVIC_Init(& NVIC_InitStruct);}void USART1_IRQHandler(void)
{if (USART_GetITStatus( USART1,USART_IT_RXNE) != RESET){uint8_t res= USART_ReceiveData(USART1);if( U1RX_LEN <U1RX_MAX_LEN){U1RX_DATA [U1RX_LEN++] =USART_ReceiveData(USART1);}else{U1RX_IDLE_FLAG = 1;                 //超过最大接受长度。强制处理接收数据}}if(USART_GetITStatus( USART1,USART_IT_IDLE) != RESET){USART1 ->SR;                         //先读  SR   清楚IDEL中断标志位USART1->DR;			                     //再度DR    清楚IDEL中断标志位U1RX_IDLE_FLAG = 1;                  //置位空闲中断接受标志位，以处理数据}		
}//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB	  
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)             
//标准库需要的支持函数                 
struct __FILE 
{ int handle; 
}; FILE __stdout;       
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式    
void _sys_exit(int x) 
{ x = x; } //重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{      while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   USART1->DR = (u8) ch;      return ch;
}
#endif

12,开发板链接

本文章所使用开发板链接：https://pointerleap.taobao.com/

http://www.dtcms.com/a/515649.html

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