MCU微课堂 | CKS32F107xx USART（一）

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cathy -- 周三, 02/26/2025 - 16:24

USART介绍

通用同步异步收发器(USART)提供了一种灵活的方法与使用工业标准NRZ异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择。它支持同步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN(局部互连网)，智能卡协议和IrDA(红外数据组织)SIRENDEC规范，以及调制解调器(CTS/RTS)操作。它还允许多处理器通信。使用多缓冲器配置的DMA方式，可以实现高速数据通信。

USART主要特性

  • 全双工的，异步通信

  • NRZ标准格式

  • 分数波特率发生器系统

—发送和接收共用的可编程波特率，最高达4.5Mbits/s

  • 可编程数据字长度(8位或9位)

  • 可配置的停止位-支持1或2个停止位

  • LIN主发送同步断开符的能力以及LIN从检测断开符的能力

—当USART硬件配置成LIN时，生成13位断开符；检测10/11位断开符

  • 发送方为同步传输提供时钟

  • IRDA SIR编码器解码器

—在正常模式下支持3/16位的持续时间

  • 模拟智能卡功能

—智能卡接口支持ISO7816-3标准里定义的异步智能卡协议

—智能卡用到的0.5和1.5个停止位

  • 单线半双工通信

  • 可配置的使用DMA的多缓冲器通信

—在SRAM里利用集中式DMA缓冲接收/发送字节

  • 单独的发送器和接收器使能位

  • 检测标志

—接收缓冲器满

—发送缓冲器空

—传输结束标志

  • 校验控制

—发送校验位

—对接收数据进行校验

  • 四个错误检测标

—溢出错误

—噪音错误

—帧错误

—校验错误

  • 10个带标志的中断源

—CTS改变

—LIN断开符检测

—发送数据寄存器空

—发送完成

—接收数据寄存器满

—检测到总线为空闲

—溢出错误

—帧错误

—噪音错误

—校验错误

  • 多处理器通信--如果地址不匹配，则进入静默模式

  • 从静默模式中唤醒(通过空闲总线检测或地址标志检测)

  • 两种唤醒接收器的方式：地址位(MSB，第9位)，总线空闲

USART功能概述

任何USART双向通信至少需要两个脚：接收数据输入(RX)和发送数据输出(TX)。RX：接收数据串行输。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。

TX：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平。

1、字符发送

在USART发送期间，在TX引脚上首先移出数据的最低有效位。在此模式里，USART_DR寄存器包含了一个内部总线和发送移位寄存器之间的缓冲器。

每个字符之前都有一个低电平的起始位；之后跟着的停止位，其数目可配置。USART支持多种停止位的配置：0.5、1、1.5和2个停止位。

配置步骤：

  1. 通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART

  2. 编程USART_CR1的M位来定义字长。

  3. 在USART_CR2中编程停止位的位数。

  4. 如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位(DMAT)。按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。

  5. 利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。

  6. 设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。

  7. 把要发送的数据写进USART_DR寄存器(此动作清除TXE位)。在只有一个缓冲器的情况下，对每个待发送的数据重复步骤7。

  8. 在USART_DR寄存器中写入最后一个数据字后，要等待TC=1，它表示最后一个数据帧的传输结束。当需要关闭USART或需要进入停机模式之前，需要确认传输结束，避免破坏最后一次传输。

2、字符接收

在USART接收期间，数据的最低有效位首先从RX脚移进。在此模式里，USART_DR寄存器包含的缓冲器位于内部总线和接收移位寄存器之间。

配置步骤：

  1. 将USART_CR1寄存器的UE置1来激活USART。

  2. 编程USART_CR1的M位定义字长

  3. 在USART_CR2中编写停止位的个数

  4. 如果需多缓冲器通信，选择USART_CR3中的DMA使能位(DMAR)。按多缓冲器通信所要求的配置DMA寄存器。

  5. 利用波特率寄存器USART_BRR选择希望的波特率。

  6. 设置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它开始寻找起始位。

当一字符被接收到时

  • RXNE位被置位。它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。换句话说，数据已经被接收并且可以被读出(包括与之有关的错误标志)；

  • 如果RXNEIE位被设置，产生中断；

  • 在接收期间如果检测到帧错误，噪音或溢出错误，错误标志将被置起；

  • 在多缓冲器通信时，RXNE在每个字节接收后被置起，并由DMA对数据寄存器的读操作而清零；

  • 在单缓冲器模式里，由软件读USART_DR寄存器完成对RXNE位清除。RXNE标志也可以通过对它写0来清除。RXNE位必须在下一字符接收结束前被清零，以避免溢出错误。

USART程序编写

  1. 开启GPIO、USART1时钟;

  2. 对USART引脚进行配置，PA9映射TX，PA10映射RX;

  3. 对USART参数进行配置、开启USART的RXNE中断;

  4. 对中断参数进行配置;

/*******************************************************************************
* Function Name  : USART_Configuration
* Description    : Configure USART1
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
* Attention   : None
*******************************************************************************/
void CKS_USART_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

  /*USART1_TX -> PA9 , USART1_RX -> PA10*/
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;          
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);     

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;         
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* USART configuration ------------------------------------------------------*/
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

/* Enable USART RXNE interrupt */
  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);

/* NVIC configuration ------------------------------------------------------*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

5. 编写USART1_IRQHandler函数；

我们利用USART的IDLE状态位进行不定长度数据接收，当USART被RXNE中断触发后，程序将在该中断函数中轮询，直至串口空闲后IDLE状态位被置位。

/*******************************************************************************
* Function Name  : USART1_IRQHandler
* Description    : This function handles USART1 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void USART1_IRQHandler(void)
{
  uint8_t i = 0;
uint8_t j = 0;

if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
/* get usart data until IDLE flag is set */
while(!USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_IDLE))
{
if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) != RESET)
{
CKS_Uart_Buff[i++] = USART_ReceiveData(USART1);
}
}

/* clear uart IDLE flag */
j = USART1->SR;
j = USART1->DR;

/* clear uart RXNE flag */
USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);
}
}

来源：中科芯MCU

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