当前位置：首页 > news >正文

嵌入式笔记 | 正点原子STM32F103ZET6 5 | 串口通信

news 来源：原创 2025/5/9 12:45:37

1. 串口通信协议数据帧格式

串口通信使用的是异步串行通信协议，常见的数据帧格式如下：

起始位	数据位	校验位（可选）	停止位
1 bit	5-9 bits	0/1 bit	1/2 bits

起始位：低电平表示数据开始
数据位：通常为 8 位
校验位（可选）：可选奇偶校验
停止位：用于标记数据结束，通常为 1 或 2 位高电平

2. STM32F103ZET6 提供 5 路串口

STM32F103ZET6 具有 5 个串口（USART1、USART2、USART3、UART4、UART5），支持同步和异步通信模式，主要用于数据传输和调试。

3. USART 框图

USART 由多个模块组成，主要包括：

发送器（Transmitter）：将数据从 MCU 发送出去
接收器（Receiver）：接收外部数据并存储到缓冲区
波特率发生器（Baud Rate Generator）：控制数据传输速率
控制寄存器：用于配置数据格式、校验方式等

4. 串口波特率计算和设置

波特率计算公式：

波特率=串口时钟16×USARTDIV波特率 = \frac{串口时钟}{16 \times USARTDIV}

其中：

串口时钟：通常为 APB1 或 APB2 时钟
USARTDIV 由 BRR 寄存器控制

示例：计算 115200bps 的波特率：

uint32_t baudrate = 115200;
g_uart1_handle.Init.BaudRate = baudrate;
HAL_UART_Init(&g_uart1_handle);

5. HAL 库回调机制

HAL 库采用回调函数处理串口中断，提高代码的可读性和移植性。
当串口收到数据后，STM32 进入中断，HAL 库调用 HAL_UART_RxCpltCallback() 处理接收数据。

6. GPIO 引脚复用

STM32 的 GPIO 可以配置为复用功能，用于串口通信。例如：

TX（发送）：配置为 复用推挽输出（AF_PP）
RX（接收）：配置为 复用输入（AF_INPUT）

示例：

gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_9;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);

7. STM32F103ZET6 的 USART 异步通信配置

uint8_t g_rx_buffer[1];             
uint8_t g_usart1_rx_flag = 0;       
UART_HandleTypeDef g_uart1_handle;

// 串口初始化
void usart_init(uint32_t baudrate) {
    g_uart1_handle.Instance = USART1;
    g_uart1_handle.Init.BaudRate = baudrate;
    g_uart1_handle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    g_uart1_handle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    g_uart1_handle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    g_uart1_handle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    g_uart1_handle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    
    HAL_UART_Init(&g_uart1_handle);  
    HAL_UART_Receive_IT(&g_uart1_handle, g_rx_buffer, 1);
}

// 串口 MSP 初始化（引脚、时钟、中断配置）
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart) {
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    if(huart->Instance == USART1) {
        __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        
        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_9;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
        
        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_10;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;
        gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
        
        HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3, 3);
        HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
    }
}

// 串口中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void) {
    HAL_UART_IRQHandler(&g_uart1_handle);
}

// 串口接收回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    if(huart->Instance == USART1) {
        g_usart1_rx_flag = 1;
        HAL_UART_Receive_IT(&g_uart1_handle, g_rx_buffer, 1);
    }
}

8. 中断回调函数处理字符串数据

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    if (huart->Instance == USART1) {  
        if ((g_usart_rx_sta & 0x8000) == 0) {  
            if (g_usart_rx_sta & 0x4000) {  
                if (g_rx_buffer[0] != 0x0A) { 
                    g_usart_rx_sta = 0;  
                } else {  
                    g_usart_rx_sta |= 0x8000;
                }
            } else {  
                if (g_rx_buffer[0] == 0x0D) {  
                    g_usart_rx_sta |= 0x4000;
                } else {  
                    g_usart_rx_buf[g_usart_rx_sta & 0x3FFF] = g_rx_buffer[0];  
                    g_usart_rx_sta++;

                    if (g_usart_rx_sta > (USART_REC_LEN - 1)) {
                        g_usart_rx_sta = 0;
                    }
                }
            }
        }
        HAL_UART_Receive_IT(&g_uart1_handle, g_rx_buffer, 1);
    }
}