STM32-USART串口配置教程和printf函數實現（寄存器版）

本章概述思維導圖

通信介紹

通信介紹概況

通信，至少是需要兩個對象，一個收一個發數據。

根據數據通信的傳輸時序協調方式，可分為：同步通信和異步通信；

根據數據通信的傳輸線路可分為：串行通信和并行通信；

根據數據通信的傳輸方向性及雙向交互能力可分為：單工通信和雙工通信（半雙工通信和全雙工通信）

同步通信和異步通信定義

同步通信：發送方與接收方通過共享時鐘線的時鐘信號，確保數據按固定時間間隔傳輸，接收方能準確預測數據到達時間；

異步通信：發送方與接收方無共享時鐘線，通過數據包或數據幀格式（如起始信號/停止位）協調傳輸數據；

同步和異步的區別：同步通訊需要有時鐘信號控制，通過時鐘線的高低電平控制數據的收發；異步通信沒有時鐘信號控制，通過數據幀格式控制數據的收發（大家約定好通信速度（波特率））；

小心得：就是一個有時鐘線提供時鐘時序，一個沒有時鐘線；

串行通信和并行通信定義

串行通信：數據按位順序傳輸，使用單條線路進行數據得傳輸。例如，發送字節?10110010?時，先傳?1，再傳?0，以此類推。

并行通信：數據的多個位（通常8位、16位等）同時通過多條線獨立線路并行傳輸。如傳輸字節?10110010，會使用8根數據線，每根線同時傳1位。

串行和并行的區別；

串行通信指同一時刻，只能收或發一個bit位信息，因此只用一根數據信號線即可；并行通信指同一時刻，可以收或發多個bit位信息，因此需要多根數據信號線才行；

單工和半雙工、全雙工定義

單工通信：數據僅能沿固定方向單向傳輸，發送端與接收端角色不可互換。

應用場景：廣播系統（電臺→聽眾、衛星數據下行）、傳感器網絡（如溫濕度傳感器→數據中心）等；

半雙工通信：同一信道分時復用，雙方交替發送和接收；

應用場景：對講機、傳統Wi-Fi；

全雙工通信：雙方可同時發送和接收數據；

應用場景：電話通話、以太網交換機等；

單工和半雙工、全雙工的區別：

單工通信：單工要么收要么發，只能做接收設備或者發送設備。接收器不能發送數據給 ?發送器。例如：收音機；?

半雙工通信：雙發都可以發送數據，雙方不能同時發送數據或接收數據；只有一根發送/接收數據信號線。（特點：可以收可以發，但是不能同時收發）例如：對講機；?

全雙工通信：雙方可以同時發送或者接收數據；有兩根發送/接收數據信號線；（特點：可以同時即發送又接收數據）例如：手機

USART串口通信

串口（USART）通訊：異步通訊、全雙工、串行通訊、總線協議；

USART通用同步異步收發器，是一種通用的串行、異步/同步通信總線。該總線有兩條數據信號線，可以實現全雙工的發送和接收；

波特率：用于描述USART串口通信時的通信速度，其單位（bps）即每秒鐘傳送的位（bit）的數量

上位機：就是連接串口的電腦或者手機上的APP軟件；是在自動化控制系統中，用于監控和控制下位機（如單片機、PLC等）的計算機。它可以直接發送操作指令給下位機，并接收下位機的反饋數據，通過用戶操作交互界面向用戶展示數據。

USART采用幀格式從低位開始發送數據——>高位

串口通信是不允許連續發送，避免累積誤差。所以發送完一字節數據后就得停止重新發送；

USART1串口1電路原理圖

1. 分析原理圖，查看對應引腳

分析原理圖這是串口USART1實現下載程序功能

我們不能隨意配置USART1的引腳，要根據STM32F103X引腳定義手冊來查看USART1配置的引腳；

TXD發送數據腳--->PA10（數據接收腳）

RXD接收數據腳--->PA9 （數據發送腳）

串口屬于自行控制數據的收發，所以我們應設置GPIO引腳模式為復用模式；

發送對接收；PA10設置為復用輸入模式，PA9設置為復用輸出模式；

2. 配置串口1（USART1）模塊初始化函數

配置USART1串口初始化函數步驟：

1. 開時鐘

2. 對串口1模塊開啟復位時鐘，在取消復位；

3. 配置GPIO模式

4.?通過在USART_CR1寄存器上置位UE位來激活USART

5.?編程USART_CR1的M位來定義字長。

6.?在USART_CR2中編程停止位的位數。

7.?利用USART_BRR寄存器選擇要求的波特率。

8.?設置USART_CR1中的TE位，發送一個空閑幀作為第一次數據發送。

9.?設置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它開始尋找起始位。

代碼示例：

#include "USART1.h"
/*USART1串口初始化函數形參bps——>保持通信的波特率PA10設置為輸入模式，PA9設置為復用輸出模式；
*/
void USART1_Init(u32 bps)
{
//  1. 開時鐘RCC->APB2ENR|=1<<2;//開啟PA時鐘；RCC->APB2ENR|=1<<14;//開啟USART1時鐘
//  2. 對串口1模塊開啟復位時鐘，在取消復位；RCC->APB2RSTR|=1<<14;//開啟USART1復位時鐘，復位這一步可以省略配置USART1步驟RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//取消復位時鐘，關閉復位
//  3. 配置GPIO模式GPIOA->CRH&=0xfffff00f;//清空PA10、PA9引腳模式GPIOA->CRH|=0x000008b0;//PA10輸入PA9輸出
//  4.通過在USART_CR1寄存器上置位UE位來激活USARTUSART1->CR1|=1<<13;
//  5.編程USART_CR1的M位來定義字長。USART1->CR1&=~(1<<12);
//  6.在USART_CR2中編程停止位的位數。USART1->CR2&=~(0x3<<12);
//  7.利用USART_BRR寄存器選擇要求的波特率。USART1->BRR=72000000/bps;
//  8.設置USART_CR1中的TE位，發送一個空閑幀作為第一次數據發送。USART1->CR1|=1<<3;
//  9.設置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它開始尋找起始位。USART1->CR1|=1<<2;
}

3. USART1串口底層發送數據函數

USART1串口數據發送函數（以數據幀格式發送）：

配置步驟：

1.把發送的數據放入到USART_DR數據寄存器

2.判斷USART_SR狀態寄存器的TXE（發送數據寄存器空）位數據是否發送完成

代碼示例：

/*USART1串口底層數據發送函數形參：temp——>發送的數據
*/
void USART1_TX(u8 *temp)
{while(*temp){USART1->DR=*temp++;while(&(USART1->SR&1<<7)){}}
}

測試USART1串口初始化函數和USART1串口底層發送函數

代碼示例：

#include "LED.h"
#include "Delay.h"
#include "SYSTICK.h"
#include "BEEP.h"
#include "KEY.h"
#include "USART1.h"
int main()
{LED_Init();//LED燈初始化函數BEEP_Init();//蜂鳴器初始化函數KEY_Init();//按鍵初始化函數USART1_Init(115200);//USART1串口1初始化函數USART1_TX((u8 *)"串口1初始化完成\n");//發送"串口1初始化完成"這句話while(1){}
}

測試結果：

4. 串口讀取/接收數據操作

操作步驟：

1. 首先判斷USART1_SR寄存器中RXNE（讀數據寄存器非空），置1表示收到數據，可以讀出。置0表示數據沒有收到；

2. 將收到數據返回給上位機終端顯示

代碼示例：

#include "LED.h"
#include "Delay.h"
#include "SYSTICK.h"
#include "BEEP.h"
#include "KEY.h"
#include "USART1.h"
int main()
{LED_Init();//LED燈初始化函數BEEP_Init();//蜂鳴器初始化函數KEY_Init();//按鍵初始化函數USART1_Init(115200);//USART1串口1初始化函數USART1_TX((u8 *)"串口1初始化完成\n");u8 dat=0;while(1){if(USART1->SR&1<<5){dat=USART1->DR;//讀取數據USART1->DR=dat;//將讀取的數據在上位機軟件顯示}}
}

上位機軟件發送數據給USART1串口判斷是否接收：

發送結果顯示：

5. printf( )打印函數使用USART1底層實現?

在我們以后項目開發過程中會遇到各種各樣的開發問題，使用printf( )函數可以讓我們快速方便的查找問題！解決問題！下面是利用串口1實現printf( )函數的底層實現；

配置步驟：

1.在<stdio.h>文件中查找函數fputc

2.創建printf( )打印函數

3.實現printf函數還需在keil v5中的魔法棒中第二個選項卡Target中勾選右上角的Use Micro LIB;

代碼示例：

/*printf函數底層接口實現形參：tx——發送的內容注意：不需要聲明喲！
*/
int fputc(int tx, FILE *stream)
{USART1->DR=tx;while(!(USART1->SR&1<<7)){}return tx;
}

第三步操作：

測試printf( )函數實現代碼示例：


#include "USART1.h"
#include "stdio.h"
int main()
{USART1_Init(115200);//USART1串口1初始化函數printf("大河向東流哇\n天上的星星參北斗哇\n嘿嘿 參北斗哇\n生死之交一碗酒哇\n說走咱就走哇\n你有我有全都有哇\n嘿嘿 全都有哇\n");while(1){}
}

測試結果

6. 顯示USART1接收到的數據

代碼示例：

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "USART.h"
#include <stdio.h>int main()
{USART1_Init(115200);//串口1初始化函數USART1_TX((u8 *)"串口1初始化成功\n");u8 dat;	//讀取數據	u8 buffer[100];//接收數據的數組 	u8 cnt=0;//下標while(1){if(USART1->SR&1<<5){dat=USART1->DR;//讀取數據buffer[cnt]=dat;//將讀取的數據放入到數組中if(dat == '\n'){buffer[cnt-1]='\0';//上位機軟件設置時以\r\n結尾。手動把\r改成數組結束標準符printf("buf=%s;\tcnt=%d\n",buffer,cnt);cnt=0;}else cnt++;}}
}

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