【STM32下UART协议的一些认识与使用方法】

STM32下UART协议的一些认识与使用方法

串口定义
- 通用串行异步收发器
协议中相关的概念
- 空闲位
- 起始位
- 数据位
- 奇偶校验位
- - 三种校验方式
  - BT接收数据的流程
- 停止位
- 波特率
- 总结
UART的三种工作方式
UART控制器
- 发送数据流程
- 接收数据流程
UART初始化
UART相关结构体和库函数

串口定义

通用串行异步收发器

• 通用：UART的应用非常广泛，应用领域：工控行业，电力系统等
• 串行：处理器和外设之间只需连接一根信号线，处理器和外设数据传输是一个bit位一个bit位的传输 ○ 切记：UART数据传输从低位开始传输○ 例如：处理器给BT发送数据0x95(1001 0101)最终处理器和BT之间的信号线的时序(高低电平序列)：高->低->高->低->高->低->低->高1   0   1  0   1   0  0   1
• 并行：处理器和外设之间数据传输会连接多根数据线(8/16/32)， 一次可以传输多个字节
• 串行和并行对比：□ 传输速度：一般来说，并行要快于串行□ 抗干扰：串行优于并行□ 传输距离：串行优于并行
• 异步：数据以独立的字节形式传输，每个字节都被单独同步。发送方和接收方必须事先约定好数据速率（波特率）、数据位、停止位和奇偶校验位等参数，以确保数据能被正确解析。
• 收发器：发送数据和接收数据的硬件单元如果CPU给外设发送数据：CPU是发送器，外设是接收器如果外设给CPU发送数据：外设是发送器，CPU是接收器

在这里插入图片描述

问：何为数据同步呢？
答：处理器和外设的数据传输必须在同一个步调上,保证双方数据传输无误，不能出现数据丢失现象例如：CPU给BT外设发送1,2，CPU发送完1之后，BT只有将1接收完毕，CPU才能发送数据2问：何为异步呢？
答：“异步”是指在数据传输时，发送方和接收方没有统一的时钟信号来同步数据。在异步通信中，每个数据字节（通常是8位）前面会加上一个起始位，后面加上一个或多个停止位，有时还会加上奇偶校验位。这种方式允许接收方在接收到每个字节的起始位时重新同步。因此，即便是在没有共享时钟信号的情况下，接收方也能准确地捕获发送方发出的每个字节。问：何为同步呢？
答：说明处理器和外设之间不仅仅需要数据线(顾名思义用来传输数据的信号线)还需要连接一根时钟控制信号线,此信号线用于双方的数据同步，此方式就是同步方式简单来说就四个字：低放高取

协议中相关的概念

空闲位

处理器和外设不进行数据传输时，数据线上持续发送空闲位,空闲位的有效位数为一个 bit位, 高电平有效

起始位

如果处理器和外设开始传输数据,首先传输起始位，有效位数为一个bit位，低电平有效

数据位

表示处理器和外设传输数据的有效位数,数据位的有效位数：5/6/7/8,一般选择8位（表示传输的数据有效位数为8个bit位）
注意：处理器和外设数据位保持一致

奇偶校验位

用于检测双方数据传输是否发生了错误，有效位数为一个bit位,如果不校验，则无需发送校验位
注意：双方的校验方式保持一致

三种校验方式

奇校验(odd)
偶校验(even)
不校验(None)
例如：处理器给BT发送数据0x95(1001 0101),采用奇校验方式
处理器发送数据流程：
首先处理器将0x95通过一根数据线发给bt
然后处理器计算0x95中"1"的个数,为4个,而现在采用的是奇校验
所以处理器此时心里就明白将来要发送的校验位的值为1,因为：4+1=5(奇数)
最后处理器通过数据线再给BT发送一个校验位为1

BT接收数据的流程

首先BT从数据线上将处理器发送来的数据进行接收，0x95(1001 1010 假设传输无误)
然后BT计算0x95中"1"的个数为4，而BT也采用奇校验，所以BT心里明白待会儿处理器发送的校验位肯定是1
最后BT从数据线上将处理器发送来的校验位1进行接收然后判断：
a.如果确实是1，则数据传输无误
b.如果是0，说明数据传输出错了

停止位

如果处理器和外设要结束数据的传输，只需发送停止位即可，有效位数为:1/2
有效电平是高电平，注意：处理器和外设停止位保持一致

波特率

表示双方数据传输的速率，常用的两个波特率：115200bps/9600bps
(bps = bit per second = 每秒传输多少位)
注意：双方的配置也要一致
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总结

UART数据传输的协议流程：
空闲位->起始位->数据位->(校验位)->停止位->空闲位

问：如果要传输2个字节或者2个字节以上的数据，流程应该是什么样呢？
答：空闲位->起始位->低字节的8位数据->(校验位)->停止位->起始位->高字节的8位数据->(奇偶校验)->停止位...->空闲位

UART的三种工作方式

	单工：数据传输永远朝一个方向半双工：数据传输可以双向进行，但是同一时刻只能朝一个方向全双工：数据传输可以同时双向进行，一般都是工作在全双工模式下

结论：UART实际硬件连接至少三根线：TX（发送）,RX（接收）,GND（共地）
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UART控制器

发送数据流程

	• 由于CPU核发送数据的速度，也就是向数据寄存器DR中写入数据的速度远远快于发送移位寄存器将数据一位一位的发送到TX引脚上的速度,所以首先判断TC位是否为1,如果为1表示发送数据寄存器为空则CPU方可发送数据，否则采用轮询方式等待，直到发送数据寄存器为空也就是TC为1时才能发送下一个数据• 如果TC为1，则CPU核软件上以指针或者采用库函数将数据放到数据寄存器DR中• 发送数据寄存器的数据硬件上自动拷贝到发送移位器中• 发送移位器根据给定的波特率将数据一位一位的按照UART协议发送到TX引脚上

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接收数据流程

• 接收移位器首先根据给定的波特率将数据一位一位的按照UART协议从RX引脚上获取数据
• 接收移位寄存器中的数据硬件上自动拷贝到数据寄存器DR中
• 由于CPU核从数据寄存器DR中读取数据的速度远远快于接收移位器从RX引脚上一位一位接收数据的速度，所以当RXNE为1时,CPU核方可从数据寄存器DR中获取数据，否则CPU核轮询等待，直到数据寄存器DR中有数据也就是RXNE为1时CPU才能读取数据
• 如果RXNE为1，则CPU核软件上以指针或者采用库函数从数据寄存器DR中读取数据

UART初始化

使能串口时钟及GPIO端口时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//使能USART1时钟

GPIO端口模式设置，设置串口对应的引脚为复用功能
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UART相关结构体和库函数

typedef struct
{uint32_t USART_BaudRate;            //波特率，例如：115200uint16_t USART_WordLength;          //字长uint16_t USART_StopBits;            //停止位uint16_t USART_Parity;              //校验位uint16_t USART_Mode;                //USART模式uint16_t USART_HardwareFlowControl; //硬件流控制
} USART_InitTypeDef;