一、通信接口

• 通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统
• 通信协议：制定通信的规则，通信双方按照协议规则进行数据收发

• 单端信号通信的双方必须要共地，因为都是对GND的电压差
• 同步信号都由一根时钟线，异步信号需要规定采样频率等
• 差分电平抗干扰好，适用于远距离传输。差分信号是指两根通信线的电压差来表示高低电平
• 多设备需要通过寻址，多设备是指一个主机可以和多个从机之间进行通信。

相关术语解释如下：

二、串口通信

• 串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信
• 单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑（通过USB转串口模块）、单片机与各式各样的模块互相通信，极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。

 上图的CH340芯片实现USB协议转串口协议，通过该芯片，STM32的串口数据可通过该模块传送到PC端。

三、硬件电路

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TX和接收端RX）
  • 复杂的串口通信还有时钟引脚，硬件流控制引脚
• TX与RX要交叉连接
• 当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线（单工通信）
• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

四、电平标准
电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0
RS232电平：-3 ~ -15V表示1，+3 ~ +15V表示0
RS485电平：两线压差+2 ~ +6V表示1，-2 ~ -6V表示0（差分信号）
 

五、串口参数及时序

串口发送数据的数据帧

 波特率：串口通信的速率（波特率1000，表示1秒需要发送1000位数据）
每秒传输码元个数，单位：码元（位）/秒，bps
起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平
数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行（stm32的USART外设会自动翻转电平）
校验位：用于数据验证，根据数据位中1的个数计算得来（无、奇、偶校验）【CRC校验更好】
停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

串口时序模拟图

六、STM32的USART外设简介
USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器

USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里

自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s【其实就是分频器，比如APB2总线是72MHZ频率，分频之后得到波特率时钟，在此频率下收发信号】

可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2）

可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）

支持同步模式（多了时钟CLK输出）、硬件流控制（接收方在控制线上置高电平表示还未准备接收数据）、DMA、智能卡、IrDA、LIN

STM32F103C8T6 USART资源： USART1（APB2总线）、 USART2、 USART3
 

七、USART框图

数据的流动：

发送数据寄存器（TDR）-----》发送移位寄存器——》TX

RX——》接收移位寄存器——》接受数据寄存器（RDR）

工作原理：

当发送数据寄存器（TDR）将一个字节的数据发送到移位寄存器时，此时TXE标志位会置1，表示TDR可以写入新的数据，然后移位寄存器在发送控制器的做用下一位一位的发送到TX引脚，当移位寄存器为空的时候发送数据寄存器就会将一个字节的数据写入到移位寄存器。

RX将数据发送到接收移位寄存器，在接收控制器的作用下，将数据从移位寄存器发送到接受数据寄存器（RDR），此时RXNE置1

采用两个寄存器进行缓存，可以提高工作效率

发送数据寄存器和接受数据寄存器占用同一个地址，即软件上只有一个寄存器的存在，硬件上是两个寄存器

增强功能介绍

硬件数据流控：避免数据接收发送太快而导致丢失数据

需要接外部支持流控的串口，（例如内部的nRTS与外部的nCTS交叉连接进行通信，可以接收则发送低电平）

nRTS（request，n低电平有效）
nCTS（clear）
SCLK

配合发送移位寄存器工作，每发送一位，时钟就走一个周期，只支持输出，作用是兼容别的协议，例如SPI
唤醒单元

实现串口挂载多设备，在一条总线上接多个设备，每个设备都有一个地址，要通信先寻址
中断控制

右边是状态寄存器SR，其中TXE表示发送寄存器为空，RXNE表示接收寄存器为空
左边是控制寄存器CR
USART_BRR波特率发生器

发送器时钟与接收器时钟
USART1是72MHZ，USART2/3是36MHZ

 八、USART基本结构

• 接收到数据会置标示位为1，同时可以申请中断，需要配置中断ITConfig和NVIC
• 输入采用浮空输入或上拉输入，串口空闲时是高电平，不能使用下拉输入

 

数据模式

• HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示

• 文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示

ASCLL编码表

 发送方与接收方的数据传输过程，发送方也可以发送字符A，会通过ASCLL编码表转化为十六进制发送给接收方

接线图

 串口发送数据到PC端代码：

serial.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

void Serial_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	//串口模块初始化
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;  //波特率
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  //硬件流控，控制数据收发速度的
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;  //奇偶校验模式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  //指定传输的停止位的比特数
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  //指定数据帧位数
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
	uint16_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Array[i]);
	}
}

void Serial_SendString(char *String)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)
	{
		Serial_SendByte(String[i]);
	}
}

uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
	uint32_t Result = 1;
	while (Y --)
	{
		Result *= X;
	}
	return Result;
}

void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
	}
}

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

void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg, format);
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
}

main.c

#include "Serial.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();
	
	Serial_Init();
	
	Serial_SendByte(0x64);
	
	//uint8_t MyArray[] = {0x42, 0x43, 0x44, 0x45};
	//Serial_SendArray(MyArray, 4);
	
	//Serial_SendString("\r\nNum1=");
	
	//Serial_SendNumber(111, 3);
	
	//printf("\r\nNum2=%d", 222);
	
	//char String[100];
	//sprintf(String, "\r\nNum3=%d", 333);
	//Serial_SendString(String);
	
	//Serial_Printf("\r\nNum4=%d", 444);
	//Serial_Printf("\r\n");
	
	while (1)
	{
		
	}
}