STM32F103C8T6之通用异步收发器（发送接收中断）

文档简介：本文档主要讲解了关于STM32F103C8T6 外设之UART数据上传与下发的功能实现以及UART的基本概念。这里对于寄存器的配置不做分析，提供UART标准程序的设计思路。前面几部分着重描述UART通信方式及其特点的一些概念介绍与理解。

一、文档导航

1、什么是串行通信

2、什么是并行通信

3、什么是同步通信

4、什么是异步通信

5、全双工、半双工、单工三者区别

  6、标准UART的通信数据帧格式

7、标准UART程序设计思路

8、STM32F103C8T6 UART内部框架

9、具体实现代码

  10、后续更新

二、什么是串行通信

2.1 概念理解

只有一根数据线的通信方式叫串行通信。就是将数据一个一个位传递，实现串行通信。

2.2 此通信方式特点

        优点：硬件设计非常简单，可靠性高。

缺点：数据传输速度慢，不适合需求数据传输速度快的设备。

三、什么是并行通信

3.1 概念理解
具有多条线的进行数据通信的方式叫并行通信。

3.2 此通信方式特点

  优点：通信速度快。适合需求数据传输速度的设备。

缺点：硬件设计复杂，可靠性低。

四、什么是同步通信

4.1  概念

通信双方具有相同的时钟，并且有时钟线相连接。

  4.2 通讯特点

通信数据会持续输出，不会存在积累误差。

五、什么是异步通信

5.1 概念

  通信双方不具有相同的时钟，没有时钟线相连接。

5.2 通讯特点

通信双方数据输出会存在积累误差。为了解决积累误差，数据不准确的问题，采用数据没传输一帧，下一次数据传输就从帧头开始传输。

六、全双工、半双工、单工三者区别

6.1 全双工

在同一时刻，数据的收发能够同时进行，互不干扰。其数据线为双向单线。

  6.2 单双工

在同一时刻，数据收发只能进行收或者发，相当于独木桥。要么收，要么发，正在进行数据交换时，可以对数据收发的方向进行切换。其数据线为双线单线。

6.3 单工

只具有一个方向的数据通信。具有单向性。其数据线为单向单线。

6.4 UART属于全双工。

七、标准UART的通信数据帧格式

7.1 通信方式

标准UART属于异步串行通信，也是全双工通信。

7.2 帧格式说明

在UART的通信方式中，它的数据或者字符是以帧格式进行数据传送的。帧格式为串口通信的数据格式。其帧格式是以一个起始位“0”表示字符的开始，接着是5-8位的数据位，一般规定低位在前，高位在后；数据位后是奇偶校验位，然后是停止位。停止位一般分为0.5位、1位、1.5位、2.0位。一个完整的帧格式从起始位到停止位。

起始位：通信线上没有数据传送时，为高电平（逻辑1）；当要发送数据时，首先发1个低电平信号（逻辑0），此信号称为“起始位”，表示开始传输1帧数据。

数据位：起始位之后就是数据位，数据位一般为5-8位，规定低位在前、高位在后。一般都是从低位开始传送，然后高位传送。

奇偶校验位：数据位之后的位为奇偶校验位（有的方式具有）。此位可用于判别字符传送的正确性，其有3种可能的选择，即奇、偶、无校验，用户可根据需要选择

停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位（每一位时间是固定，1.5位就是高电平时间 长度是1.5位占用的时间）、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。

八、标准UART程序设计思路

8.1 实现UART通信的必备四大元素

        波特率：一秒钟传输的二进制位数。

数据位：实际数据一般存放在数据位。5-8位。

停止位：主要用来消除积累误差

校验位：硬件校验，一般的硬件支持奇偶校验。

8.2 UART通信

常规的UART通信，只需要实现以下几个方面即可通信。

        ①配置UART通信的四大元素--UART初始化；

②数据发送函数

        ③数据接收函数

九、STM32F103C8T6 UART内部框架

9.1内部框架

如果通过配置寄存器的方式，需要对UART内部框架图进行详细分析。

9.2具体配置过程

9.2.1 UART初始化

①开启TX/RX对应IO时钟、开启串口时钟、IO引脚复用时钟

②TX配置成复用推挽输出、RX配置成上下拉输入

③TX/RX复用为串口使能

④计算波特率、写入波特率寄存器

⑤使能UART、配置数据格式（1-start、8-databit、1-stop）、奇偶校验位、停止位

⑥发送使能、接收使能

⑦若需中断，开启UART总中断，开启接收空闲中断，NVIC控制器配置。

        ⑧中断服务处理

        9.2.2 数据发送

等待发送完成、将发送的data写入register；

9.2.3 数据接收

等待接收完成，将register的值传递到buff；

十、具体实现代码

#include "uart.h"
#include <stdio.h>
#include <rt_misc.h>

volatile uint8_t uart_interrupt_flag = UART_RECE_DATA_NO_FLAG;
char uart_frame_buffer[UART_RECE_LENGTH];
#if 1  
#pragma import(__use_no_semihosting_swi)

struct __FILE
{
    int handle; 
};

FILE __stdout;       
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    return ( send_data(ch));
}

int ferror(FILE *f)
{
    /* Your implementation of ferror */
    return EOF;
}

void _ttywrch(int ch)
{
    send_data(ch);
}

void _sys_exit(int return_code)
{
label:
    goto label;  /* endless loop */
}
#endif

#if UART_INTERRUPT

void uart_interrupt_init(void)
{
uint32_t Priority;
USART1->CR1 |= 1 << 5;
USART1->CR1 |= 1 << 4;
NVIC_SetPriorityGrouping(7-2);
Priority=NVIC_EncodePriority(7-2,3,1);
NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,Priority);
NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);          
}

#endif

void uart1_init(uint32_t baund,uint32_t clk)
{
float temp;
uint16_t mantissa;
uint16_t fraction;

RCC->APB2ENR |= 1 << 2;
RCC->APB2ENR |= 1 << 14;

RCC->APB2ENR |= 1 << 0; 
GPIOA->CRH &= ~(0xFF << 4);
GPIOA->CRH |=  (0x4B << 4);

AFIO->MAPR2 &= ~(0X1 << 2);

temp =  (float)(clk)/ (baund * 16.0);
mantissa = temp ;                    
fraction =(int)(temp -mantissa)*16 + 0.5f;

mantissa <<= 4;
mantissa |= fraction;
USART1->BRR = mantissa;

USART1->CR1 |= 1 << 13 |  
              0 << 12 |  
  0 << 10 |  
  0 << 8  |  
  1 << 2  |   //receiver enable
  1 << 3  ;   //transform enable
USART1->CR2 |= (0 << 12);
USART1->CR2 |= (0 << 13);

USART1->CR3 = 0;
#if UART_INTERRUPT
uart_interrupt_init();
#endif
}

char send_data(char buff)
{
while(!( (USART1->SR) & (1 << 7)  ))
{
;
}
USART1->DR = buff;
return buff;
}

char rece_data(void)
{
while(!( (USART1->SR) & (1 << 5)))
{
;
}
return USART1->DR;
}

void send_data_string(char *string)
{
while(*string)
{
send_data(*string++);
}
send_data('\r');
send_data('\n');
}

char* rece_data_string(char *string)
{
uint8_t r_data;
uint8_t i=0;
while(1)
{
r_data = rece_data();
string[i++]=r_data;
if(r_data == '\n')
{
break;
}
#if 1
#if (ECHO == ECHO_ON)


send_data(r_data) ;
#endif
#endif      
    }
#if 1
#if (ECHO == ECHO_ON)
send_data('\r') ;
send_data('\n') ;
#endif
#endif
string[i]=0;
return string;
}

void USART1_IRQHandler(void)
{

uint32_t ch_data;
    static uint32_t i=0;

if( (USART1->SR)  & (1 << 5))
{
ch_data=USART1->DR;
uart_frame_buffer[i++]=ch_data;
if(i >= UART_RECE_LENGTH)
{
uart_frame_buffer[i++]='\0';
uart_interrupt_flag = UART_RECE_DATA_NO_FLAG;//Òç³ö±êÖ¾
i=0;
}
}
if( (USART1->SR) & (1 << 4))
{
ch_data=USART1->DR;
uart_frame_buffer[i++]='\0';
i=0;
uart_interrupt_flag = UART_RECE_DATA_OK_FLAG;
}
}

在实现过程中，波特率配置出现问题，写入寄存器没有注意到小数部分为前面四位，刚开始理解成前面8位，导致串口上传failed；

另外还有volatile 此关键词在应用，不管在哪里都需要将它放在变量前。

十一、后续更新会继续更新