串口通訊簡(jiǎn)介：

串口通訊(Serial Communication)是一種設(shè)備間非常常用的串行通訊方式，因?yàn)樗?jiǎn)單便捷，因此大部分電子設(shè)備都支持該通訊方式。

通訊結(jié)構(gòu)

設(shè)備內(nèi)部一般以TTL電平傳輸，設(shè)備之間是通過(guò)RS232/RS485電平標(biāo)準(zhǔn)傳輸。兩個(gè)設(shè)備或者器件要想實(shí)現(xiàn)串口通訊，要電平匹配才能夠正常通訊。

電平標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)使用的電平標(biāo)準(zhǔn)不同，串口通訊可分為 RS232標(biāo)準(zhǔn)及TTL標(biāo)準(zhǔn)，具體標(biāo)準(zhǔn)如下：

在電子電路中，模塊之間常使用TTL的電平標(biāo)準(zhǔn)，但其抗干擾能力較弱，為了增加串口的通訊距離及抗干擾能力，使用RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)備之間傳輸信息，經(jīng)常使用MA3232芯片對(duì)TTL電平及RS-232電平進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。

協(xié)議層

1.數(shù)據(jù)包

串口通訊的數(shù)據(jù)包由發(fā)送設(shè)備通過(guò)自身的TXD接口傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備的RXD接口，在協(xié)議層中規(guī)定了數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，具體包括起始位、主體數(shù)據(jù)（8位或9位）、校驗(yàn)位以及停止位，通訊的雙方必須將數(shù)據(jù)包的格式約定一致才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)。

2.波特率

由于異步通信中沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，所以接收雙方要約定好波特率，即每秒傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，以便對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，常見(jiàn)的波特率有4800、9600、115200等。STM32中波特率的設(shè)置通過(guò)串口初始化結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.起始和停止信號(hào)

數(shù)據(jù)包的首尾分別是起始位和停止位，數(shù)據(jù)包的起始信號(hào)由一個(gè)邏輯0的數(shù)據(jù)位表示，停止位信號(hào)可由0.5、1、1.5、2個(gè)邏輯1的數(shù)據(jù)位表示，雙方需約定一致。STM32中起始和停止信號(hào)的設(shè)置也是通過(guò)串口初始化結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.有效數(shù)據(jù)

有效數(shù)據(jù)規(guī)定了主題數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，一般為8或9位，其在STM32中也是通過(guò)串口初始化結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

5.數(shù)據(jù)校驗(yàn)

在有效數(shù)據(jù)之后，有一個(gè)可選的數(shù)據(jù)校驗(yàn)位。由于數(shù)據(jù)通信相對(duì)更容易受到外部干擾導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，可以在傳輸過(guò)程加上校驗(yàn)位來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。校驗(yàn)方法有奇校驗(yàn)(odd)、偶校驗(yàn)(even)、 0 校驗(yàn)(space)、 1 校驗(yàn)(mark)以及無(wú)(noparity)。這些也都可以在串口初始化結(jié)構(gòu)體中實(shí)現(xiàn)的。

STM32F103系列單片機(jī)共有5個(gè)串口：

其中1-3是通用同步/異步串行接口USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)
4、5是通用異步串行接口UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。

STM32比51單片機(jī)好用的一個(gè)地方就是串口比較多，51單片機(jī)一般只有2個(gè)串口，有時(shí)不夠用。

下面以USART1為例，說(shuō)明一下STM32串口設(shè)置的一般步驟：

1) 串口時(shí)鐘使能，GPIO 時(shí)鐘使能

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA時(shí)鐘

2) GPIO端口設(shè)置

設(shè)置發(fā)送和接收引腳的信息，將Tx（發(fā)送引腳）配置為推挽復(fù)用模式用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，Rx（接收引腳）配置為浮空輸入模式用來(lái)接收數(shù)據(jù)。

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GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //USART1_TX   GPIOA.9GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //復(fù)用推挽輸出GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9 //USART1_RX      GPIOA.10初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10

3)Usart1 NVIC 配置（如果需要開(kāi)啟中斷，才進(jìn)行本步驟的設(shè)置）

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NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //Usart1 NVIC 配置NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ; //搶占優(yōu)先級(jí)3NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子優(yōu)先級(jí)3NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據(jù)指定的參數(shù)初始化NVIC寄存器//如果需要接收串口數(shù)據(jù)，則開(kāi)啟串口接收中斷USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開(kāi)啟串口接受中斷

4) 串口參數(shù)初始化

USART_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體，內(nèi)部包含串口通訊相關(guān)工作參數(shù)：

typedef struct {

uint32_t USART_BaudRate; // 波特率

uint16_t USART_WordLength; // 字長(zhǎng)

uint16_t USART_StopBits; // 停止位

uint16_t USART_Parity; // 校驗(yàn)位

uint16_t USART_Mode; // USART 模式

uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控制

} USART_InitTypeDef;

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長(zhǎng)為8位數(shù)據(jù)格式USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個(gè)停止位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無(wú)奇偶校驗(yàn)位USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無(wú)硬件數(shù)據(jù)流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發(fā)模式  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

5) 使能串口

USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1

6) 編寫(xiě)串口發(fā)送函數(shù)

//發(fā)送一個(gè)字節(jié)void USART1_Send_Byte(u8 Data) { USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC);  USART_SendData(USART1,Data); while( USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET );} //發(fā)送字符串，遇到字符串結(jié)尾標(biāo)志'\0'結(jié)束void USART1_Send_String(u8 *Data) { while(*Data) USART1_Send_Byte(*Data++);} //按長(zhǎng)度發(fā)送字符串，這種方法可以發(fā)送含0x00的字符串void USART1_Send_String_By_Lens(u8 *Data, int Len){ int i; for(i=0; i { USART_SendData(USART1, Data[i]);  while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)==RESET); //串口1發(fā)送數(shù)據(jù) }} //重定向printf函數(shù)發(fā)送字符串，一般使用此函數(shù)直接輸出打印調(diào)試信息，使用方法跟C語(yǔ)言中的使用方法一致。int fputc(int ch, FILE *f){ USART_SendData( DEBUG_USARTx,  (uint8_t) ch); /* 等待發(fā)送完畢 */ while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET); return ch;}

7) 編寫(xiě)中斷處理函數(shù)

串口1中斷服務(wù)程序，此接收的數(shù)據(jù)是以0x0D、0x0A結(jié)尾為標(biāo)志的數(shù)據(jù)幀。

void USART1_IRQHandler(void) { u8 Res;  if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中斷(接收到的數(shù)據(jù)必須是0x0d 0x0a結(jié)尾) { USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE); //清除標(biāo)志位  Res =USART_ReceiveData(USART1); //讀取接收到的數(shù)據(jù)  if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成 { if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d { if(Res==0x0D) USART_RX_STA|=0x4000; else if(Res!=0x0a) USART_RX_STA=0;//接收錯(cuò)誤,重新開(kāi)始 else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了 } else //還沒(méi)收到0X0D {  if(Res==0x0d) USART_RX_STA|=0x4000; else { USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ; USART_RX_STA++; if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1)) USART_RX_STA=0;//接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,重新開(kāi)始接收  }  } } }} //接收完數(shù)據(jù)之后，在main函數(shù)中對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。if(USART_RX_STA&0x8000){ //得到此次接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，即USART_RX_BUF數(shù)組中的有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 uart1Len=USART_RX_STA&0x3f;   //對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，接收的數(shù)據(jù)暫存在USART_RX_BUF數(shù)組中  //... ...   USART_RX_STA=0;  memset(USART_RX_BUF, 0, sizeof(USART_RX_BUF)); //清空數(shù)組 }

串口應(yīng)用：

• 與TTL串口傳感器或模塊直接通訊；

• 轉(zhuǎn)為RS232與PC通訊；

• 轉(zhuǎn)為RS485與485部件的傳感器或器件通訊；

USB轉(zhuǎn)串口的原理圖：

使用CH340C芯片的話，就可以省略外部晶振了，可以節(jié)省PCB布局空間；win7系統(tǒng)一般選擇CH340作為USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)，Win10系統(tǒng)下選擇CH341驅(qū)動(dòng)作為USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)；

TTL串口轉(zhuǎn)RS232原理圖：

TTL串口轉(zhuǎn)RS485原理圖：

RS485總線一般使用時(shí)默認(rèn)處于接收狀態(tài)。