STM32学习笔记（七）——串口相关知识及UART配置的一般步骤（库函数版）

一、同步和异步：
because：
同步：提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回     
异步: 请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕    
also：
同步是指：发送方发出数据后，等接收方发回响应以后，才发下一个数据包的通讯方式。 
异步是指：发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。
so：
同步是阻塞模式，异步是非阻塞模式。

二、 全双工、半双工
1. 单工：简单的说就是一方只能发信息，另一方则只能收信息，通信是单向的。
2. 半双工：比单工先进一点，就是双方都能发信息，但同一时间则只能一方发信息。
3. 全双工：比半双工再先进一点，就是双方不仅都能发信息，而且能够同时发送。

三、 基本通信协议
1. uart： 全双工、异步通信
2. spi ： 全双工、同步通信
3. i2c ： 半双工、同步通信

串口设置的一般步骤可以总结为如下几个步骤：

1. 串口时钟使能，GPIO 时钟使能
2. 串口复位
3. GPIO 端口模式设置
4. 串口参数初始化
5. 开启中断并且初始化 NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）
6. 使能串口
7. 编写中断处理函数

1.串口时钟使能。串口是挂载在 APB2 下面的外设，所以使能函数为：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1)；
2.串口复位。当外设出现异常的时候可以通过复位设置，实现该外设的复位，然后重新配置这个外设达到让其重新工作的目的。一般在系统刚开始配置外设的时候，都会先执行复位该外设的操作。复位的是在函数USART_DeInit()中完成：
void USART_DeInit(USART_TypeDef* USARTx);//串口复位
比如我们要复位串口 1，方法为：
USART_DeInit(USART1); //复位串口 1
3.串口参数初始化。串口初始化是通过 USART_Init()函数实现的，
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)；
这个函数的第一个入口参数是指定初始化的串口标号，这里选择USART1。第二个入口参数是一个 USART_InitTypeDef 类型的结构体指针，这个结构体指针的成员变量用来设置串口的一些参数。一般的实现格式为：
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; //波特率设置;
USART_InitStructure.USART_WordLength =USART_WordLength_8b;//字长为 8 位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
从上面的初始化格式可以看出初始化需要设置的参数为：波特率，字长，停止位，奇偶校验位，硬件数据流控制，模式（收，发）。我们可以根据需要设置这些参数。
4.数据发送与接收。STM32 的发送与接收是通过数据寄存器 USART_DR 来实现的，这是一个双寄存器，包含了 TDR 和 RDR。当向该寄存器写数据的时候，串口就会自动发送，当收到数据的时候，也是存在该寄存器内。
STM32 库函数操作 USART_DR 寄存器发送数据的函数是：
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
通过该函数向串口寄存器 USART_DR 写入一个数据。
STM32 库函数操作 USART_DR 寄存器读取串口接收到的数据的函数是：
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
通过该函数可以读取串口接受到的数据。
5.串口状态。串口的状态可以通过状态寄存器 USART_SR 读取。USART_SR 的各位描述如 图 9.1.1 所示： 

这里我们关注一下两个位，第 5、6 位 RXNE 和 TC。
RXNE（读数据寄存器非空），当该位被置 1 的时候，就是提示已经有数据被接收到了，并且可以读出来了。这时候我们要做的就是尽快去读取 USART_DR，通过读 USART_DR 可以将该位清零，也可以向该位写 0，直接清除。
TC（发送完成），当该位被置位的时候，表示 USART_DR 内的数据已经被发送完成了。如果设置了这个位的中断，则会产生中断。该位也有两种清零方式：1）读 USART_SR，写USART_DR。2）直接向该位写 0。
状态寄存器的其他位我们这里就不做过多讲解，大家需要可以查看中文参考手册。
在我们固件库函数里面，读取串口状态的函数是：
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG)；
这个函数的第二个入口参数非常关键，它是标示我们要查看串口的哪种状态，比如上面讲解的RXNE(读数据寄存器非空)以及 TC(发送完成)。例如我们要判断读寄存器是否非空(RXNE)，操作库函数的方法是：
USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE);
我们要判断发送是否完成(TC)，操作库函数的方法是：
USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC);
这些标识号在 MDK 里面是通过宏定义定义的：
#define USART_IT_PE ((uint16_t)0x0028)
#define USART_IT_TXE ((uint16_t)0x0727)
#define USART_IT_TC ((uint16_t)0x0626)
#define USART_IT_RXNE ((uint16_t)0x0525)
#define USART_IT_IDLE ((uint16_t)0x0424)
#define USART_IT_LBD ((uint16_t)0x0846)
#define USART_IT_CTS ((uint16_t)0x096A)
#define USART_IT_ERR ((uint16_t)0x0060)
#define USART_IT_ORE ((uint16_t)0x0360)
#define USART_IT_NE ((uint16_t)0x0260)
#define USART_IT_FE ((uint16_t)0x0160)
6.串口使能。串口使能是通过函数 USART_Cmd()来实现的，这个很容易理解，使用方法
是： 
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口 
7.开启串口响应中断。有些时候当我们还需要开启串口中断，那么我们还需要使能串口中断，使能串口中断的函数是：
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, 
FunctionalState NewState)
这个函数的第二个入口参数是标示使能串口的类型，也就是使能哪种中断，因为串口的中断类型有很多种。比如在接收到数据的时候（RXNE 读数据寄存器非空），我们要产生中断，那么我们开启中断的方法是：
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启中断，接收到数据中断我们在发送数据结束的时候（TC，发送完成）要产生中断，那么方法是：
USART_ITConfig(USART1，USART_IT_TC，ENABLE);
8.获取相应中断状态。当我们使能了某个中断的时候，当该中断发生了，就会设置状态寄存器中的某个标志位。经常我们在中断处理函数中，要判断该中断是哪种中断，使用的函数是：
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT)
比如我们使能了串口发送完成中断，那么当中断发生了， 我们便可以在中断处理函数中调用这个函数来判断到底是否是串口发送完成中断，方法是：
USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC)
返回值是 SET，说明是串口发送完成中断发生。

//初始化 IO 串口 1 
//bound:波特率
void uart_init(u32 bound)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
//①串口时钟使能，GPIO 时钟使能，复用时钟使能
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 USART1,GPIOA 时钟
//②串口复位
USART_DeInit(USART1); //复位串口 1
//③GPIO 端口模式设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //ISART1_TX PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.9
 
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; //USART1_RX PA.10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.10
//④串口参数初始化
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; //波特率设置
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长为 8 位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl 
= USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口

//⑤初始化 NVIC
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ; //抢占优先级 3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子优先级 3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //中断优先级初始化
//⑤开启中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //开启中断
#endif
//⑥使能串口
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口
}