STM32-串口，中断的思维导图
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2024-05-03
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串口
1，数据通信的基础概念（了解）
2，串口(RS-232)（熟悉）
6，USART/UART异步通信配置步骤（掌握）
4，HAL库外设初始化MSP回调机制（了解）
5，HAL库中断回调机制（了解）
2.1，串口
2.2，RS-232电平与COMS/TTL电平对比
2.3，设备间的RS-232通信示意图
8，编程实战：通过串口接收或者发送一个字符（掌握）
10，课堂总结（掌握）
1，什么是串口？
2，RS-232接口(DB9)
使用MAX3232或者SP3232等电平转换芯片、TXD和RXD必须交差连接
3，STM32的USART（熟悉）
数据通信常见类型
常见的串行通信接口
SPI
按数据通信方式分类
UART
1-wire
IIC
同步全双工
1，RS-232电平
2，COMS电平（3.3V）
3， TTL电平（5V）
结论：COMS/TTL电平不能与RS-232电平直接交换信息
2.5，RS-232异步通信协议
启动位
有效数据位
按数据传输方向分类
3.1，STM32的USART简介
Universal synchronous asynchronous receiver transmitter，通用同步异步收发器
Universal asynchronous receiver transmitter，通用异步收发器
USART/UART都可以与外部设备进行全双工异步通信
USART，我们常用的也是异步通信
3.2， STM32的USART主要特征
2.4， STM32串口与电脑USB口通信示意图
使用CH340C等USB/串口转换芯片、TXD和RXD必须交差连接、安装CH340 USB虚拟串口驱动
校验位
停止位
3.3， STM32F1/F4/F7的USART框图
3.4，STM32H7的USART框图
1，全双工异步通信
2，单线半双工通信
框图介绍
框图介绍
1，配置串口工作参数
HAL_PPP_Init()-->HAL_PPP_MspInit()
中断服务函数-->HAL_PPP_IRQHandler()-->HAL_PPP_xxxCallback()
HAL_PPP_xxxCallback()作用：根据回调函数类型，编写对应的中断处理程序，用户可选择是否使用并重新定义该函数
CH340 USB转串口原理图（战舰）
编程实战：通过串口接收或者发送一个字符
HAL_PPP_MspInit()作用：配置PPP外设用到的硬件，如：GPIO、NVIC、CLOCK等，用户可选择是否使用并重新定义该函数
按数据同步方式分类
波特率
串行通信
并行通信
单工通信
半双工通信
全双工通信
同步通信
异步通信
比特率：每秒钟传送的比特数，单位bit/s
数据逐位按顺序依次传输
数据各位通过多条线同时传输
数据只能沿一个方向传输
数据可以沿两个方向传输，但需要分时进行
数据可以同时进行双向传输
共用同一时钟信号
没有时钟信号，通过在数据信号中加入起始位或停止位等一些同步信号
波特率：每秒钟传送的码元数，单位Baud
二进制系统中，波特率数值上等于比特率
异步全双工通信
异步半双工
同步半双工
9，解读例程源码：串口实验
串行通信接口：指按位发送和接收的接口。如：RS-232/422/485等
逻辑1：-15V ~ -3V 逻辑0：+3V ~ +15V
逻辑1：3.3V 逻辑0：0V
逻辑1：5V 逻辑0：0V
数据线：TXD/RXD，信号地：GND
必须占1个位长，保持逻辑0电平
可选5、6、7、8、9个位长，LSB在前，MSB在后
可选占1个位长，也可以没有该位
必须有，可选占0.5、1、1.5、2个位长，保持逻辑1电平
比特率 = 波特率 * log2 M ，M表示每个码元承载的信息量
3.5，设置USART波特率（F1）
3.6，设置USART波特率（F4）
3.7，设置USART波特率（F7）
3.8，设置USART波特率（H7）
3.9，USART寄存器介绍（F1）
3，单独的发送器和接收器使能位
4，可配置的使用DMA的多缓冲器通信
5，多个带标志的中断源
参考：STM32xxxx参考手册（中文版）.pdf USART相关章节
简化版框图：数据发送/接收过程
波特率计算公式：baud=fck /(16∗USARTDIV)
波特比率寄存器（BRR）
如何使用寄存器操作的方式设置波特率
其中fck是串口的时钟，如：USART1的时钟是PCLK2，其他串口都是PCLK1
把USARTDIV的整数部分写入位[15:4]， USARTDIV的小数部分写入[3:0]
波特率设置通用公式推演（F1）
波特率计算公式：baud=fck /(8∗(2−OVER8)∗USARTDIV)
波特率寄存器（BRR）
8倍过采样波特率计算公式：baud=2*fck /USARTDIV
16倍过采样波特率计算公式：baud=fck /USARTDIV
其中fck是串口的时钟，参考：RCC 专用时钟配置寄存器 (DCKCFGR)
波特率寄存器（BRR）
OVER8=0,使用的是16倍过采样，OVER8=1,使用的是8倍过采样
由USART_CR1寄存器的位15设置16/8倍过采样
由USART_CR1寄存器的位15设置16/8倍过采样
16倍过采样波特率计算公式：baud=usart_ker_ckpres/USARTDIV
8倍过采样波特率计算公式：baud=2*usart_ker_ckpres/USARTDIV
其中 usart_ker_ckpres是串口的工作时钟，
参考：RCC 域 2 内核时钟配置寄存器 (RCC_D2CCIP2R)
波特率寄存器（BRR）
由USART_CR1寄存器的位15设置16/8倍过采样
控制寄存器1（CR1）
控制寄存器2（CR2）
控制寄存器3（CR3）
数据寄存器（DR）
状态寄存器（SR）
该寄存器需要完成的配置：
位13：使能USART
位12：配置8个数据位
位10：禁止检验控制
位5：使能接收缓冲区非空中断
位3：使能发送
位2：使能接收
该寄存器需要完成的配置：配置1个停止位
该寄存器需要完成的配置：配置不选择半双工模式
设置好控制和波特率寄存器后，往该寄存器写入数据即可发送，接收数据则读该寄存器
根据TC位可以知道能否发数据，根据RXNE位知道是否收到数据
例子：USART
例子：USART
2，串口底层初始化
3，开启串口异步接收中断
4，设置优先级，使能中断
5，编写中断服务函数
6，串口数据发送
HAL_UART_Init()
HAL_UART_MspInit() 配置GPIO、NVIC、CLOCK等
HAL_UART_Receive_IT()
HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
USARTx_IRQHandler()、 UARTx_IRQHandler()
USART_DR， HAL_UART_Transmit()
USART/UART - HAL库相关函数介绍
1，HAL_UART_Init()
2，HAL_UART_Receive_IT()
7，IO引脚复用功能（掌握）
7.1，何为复用？
7.2，STM32F1的IO引脚复用
7.3，STM32F4/F7/H7的IO引脚复用
IO端口的输入或输出是由GPIO外设控制，我们称之为通用
IO端口的输入或输出是由其它非GPIO外设控制，我们称之为复用
1，各IO支持什么复用功能
2，IO复用功能冲突问题
3，遇到IO复用功能冲突
可查数据手册引脚定义
同一时间IO只能用作一种复用功能，否则会发生冲突
可考虑重映射功能，后续课程会讲
为了解决F1系列存在的IO复用功能冲突问题，F4往后的系列都加入了复用器
复用器特点
温馨提示：IO引脚与AF(0~15)具体定义关系，需要参考对应的芯片数据手册
IO引脚复用映射示意图
1、每个 IO 引脚都有一个复用器
2、复用器采用 16 路复用功能输入（AF0 到 AF15）
3、复用器一次仅允许一个外设的复用功能 (AF) 连接到 IO 引脚
4、通过GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH寄存器进行配置
温馨提示：复位完成后，所有 IO 都会连接到系统的复用功能 0 (AF0)
GPIO 复用功能低位寄存器(AFRL)、GPIO 复用功能高位寄存器(AFRH)
3，HAL_UART_Transmit()
需要注意的是：通过P4端子，实现TX和RX交差连接
来自printf函数的疑问
结论：printf函数打印是一件“挺费时的事”，实际产品尽量少用，以免影响整体性能
串口发送数据过程
串口接收数据过程
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