STM32串口USART

USART作为一种标准接口在应用中十分常见。

1、STM32固件库使用外围设备的主要思路

在STM32中，外围设备的配置思路比较固定。

首先是使能相关的时钟，一方面是设备本身的时钟，如果设备是通过IO口输入输出则还需要使能对应IO口的时钟。

其次是配置对应外设的各项相关参数，如果设备是通过IO口输入输出则还需要配置相关的GPIO。

最后是使能对应外设。

如果相关设备需要使用中断功能，则还需要配置对应外设中断通道的中断优先级，然后使能相应设备的中断，最后还要填写相应的中断服务程序，在服务程序中进行相应的操作。

2、UART的配置步骤

2.1、打开时钟

由于UART1的TX和RX和AFIO都挂在APB2桥上，因此采用固件库函数RCC_APB2PeriphClockCmd()进行初始化。UARTx需要分情况讨论，如果是UART1，则挂在APB2桥上，因此采用RCC_APB2PeriphClockCmd()进行初始化，其余的UART2～5均挂在APB1上。

2.2、GPIO初始化

GPIO的属性包含在结构体GPIO_InitTypeDef，其中对于TX引脚，GPIO_Mode字段设置为GPIO_Mode_AF_PP（复用推挽输出），GPIO_Speed切换速率设置为GPIO_Speed_50MHz；对于RX引脚，GPIO_Mode字段设置为GPIO_Mode_IN_FLOATING（浮空输入），不需要设置切换速率。最后通过GPIO_Init()使能IO口。

以下是TX引脚设置的实例代码：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = UART_TX_PIN[COM];
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(UART_TX_PORT[COM], &GPIO_InitStructure);

2.3、中断优先级的配置

这是STM32比较奇怪的地方，在只有一个中断的情况下，仍然需要配置优先级，其作用是使能某条中断的触发通道。STM32的中断有至多两个层次，分别是先占优先级和从优先级，而整个优先级设置参数的长度为4位，因此需要首先划分先占优先级位数和从优先级位数，通过NVIC_PriorityGroupConfig()实现；

特定设备的中断优先级NVIC的属性包含在结构体NVIC_InitTypeDef中，其中字段NVIC_IRQChannel包含了设备的中断向量，保存在启动代码中；字段NVIC_IRQChannelPreemptionPriority为主优先级，NVIC_IRQChannelSubPriority为从优先级，取值的范围应根据位数划分的情况而定；最后NVIC_IRQChannelCmd字段是是否使能，一般定位ENABLE。最后通过NVIC_Init()来使能这一中断向量。实例代码如下：

/* Configure theNVIC Preemption Priority Bits */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);

/* Enable the USARTy Interrupt */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = UART4_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

2.4、配置USART相关属性

通过结构体USART_InitTypeDef来确定。UART模式下的字段如下

USART_BaudRate：波特率，视具体设备而定

USART_WordLength：字长

USART_StopBits：停止位

USART_Parity：校验方式

USART_HardwareFlowControl：硬件流控制

USART_Mode：单/双工

最后通过USART_Init()来设置。实例代码为：

USART_InitStructure.USART_BaudRate= 9600;
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);

最后还要使用USART_Cmd()来启动设备UART。

2.5、中断的服务程序的设计

目前使用了UART的两个中断USART_IT_RXNE（接收缓存非空中断）和USART_IT_TXE（发送缓存空中断），前一个中断保证了一旦有数据接收到就进入中断以接收特定长度的数据，后一个中断表示一旦发完一个数据就进入中断函数，保证连续发送一段数据。一个设备的所有中断都包含在一个中断服务程序中，因此必须首先分清楚这次响应的是哪一个中断，使用USART_GetITStatus()函数查看标志位来确定进入的是哪个中断；采用USART_ReceiveData()函数接收一个字节数据，采用USART_SendData()函数发送一个字节数据，当关闭串口的某一个中断时采用USART_ITConfig()失能响应的中断。实例程序：

voidUART4_IRQHandler(void)
{

if(USART_GetITStatus(UART4,USART_IT_RXNE) != RESET)
{//当检测掉读入中断
RxBuffer[RxCounter++] = USART_ReceiveData(UART4);

if (RxCounter ==NbrOfDataToRead)
{
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_RXNE, DISABLE); //禁止中断
}
}
if(USART_GetITStatus(UART4, USART_IT_TXE) != RESET)
{
/* Write one byte to the transmit data register */
USART_SendData(UART4, TxBuffer[TxCounter++]);

if(TxCounter ==NbrOfDataToTransfer)
{
//TxCounter = 0;
/* Disable the USARTy Transmit interrupt */
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_TXE, DISABLE);
}
}
}

其中主程序与中断服务程序通过全局变量来通信，这也是一种多进程共享存储区的体现形式。

下面分析一下串口相关的寄存器。

STM32有数个串口，每个串口都有一个自己独立的波特率寄存器USART_BRR，通过设置该寄存器就可以达到配置不同波特率的目的，由于STM32采用了分数波特率，所以STM32的串口波特率设置范围很宽，而且误差很小。

由上表可知：USART_BRR的最低4位（位[3:0]）用来存放小数部分DIV_Fraction，紧接着的12位（位[15：4]）用来存放整数部分DIV_Mantissa，最高16位保留。

STM32的串口波特率计算公式如下：

上式中，Fpclk是给串口的时钟（PCLK1用于USART2、3、4、5，PCLK2用于USART1，以前说过，PCLK1是由系统时钟分频得来，最大36MHZ，PCLK2是直接由系统时钟得来，最大72MHZ。）

USARTDIV是一个无符号定点数，我们已知要设置的波特率及系统时钟，这样就可以算出USARTDIV的值，并把它的整数和小数分离开来，分别写入USART_BRR寄存器里的对应位就行了，假设我们的串口1要设置为115200的波特率，而PCLK2的时钟为72M。这样，我们根据上面的公式有：

USARTDIV=72000000/（115200*16）=39.0625

那么得到：

DIV_Fraction=16*0.0625=1=0X01;

DIV_Mantissa=468=0X27;

这样，我们就得到了USART1->BRR的值为0X27。只要设置串口1的BRR寄存器值为

0X27就可以得到115200的波特率。

以上是串口最重要的比特率设置，下面是串口的一些其他寄存器。

1：首先是使能串口时钟，串口作为STM32的一个外设，其时钟由外设时钟使能寄存器控制，串口1是在APB2ENR寄存器的第14位，除了串口1的时钟使能在APB2ENR寄存器，其他串口的时钟使能位都在APB1ENR寄存器。

2：复位串口，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。串口1的复位是通过配置APB2RSTR寄存器的第14位来实现的，通过向该位写1复位串口1，写0结束复位。其他串口的复位位在APB1RSTR里面设置。

APB2RSTR寄存器描述：

3：串口功能控制，串口控制寄存器有三个：USATR_CR1-3，串口的很多配置都是通过这3个寄存器来设置的，这里我们只要用到USART_CR1就可以实现我们的功能了，该寄存器的各位描述如下图所示：

该寄存器的高18位未使用，低14位用于串口的功能设置，。

UE为串口使能位，通过该位置1，以使能串口。

M为字长选择位，当该位为0的时候设置串口为8个字长外加n个停止位，停止位的个数（n）是根据USART_CR2的[13:12]位设置来决定的，默认为0。PCE为校验使能位，设置为0，则禁止校验，否则使能校验。

PS为校验位选择，设置为0则为偶校验，否则为奇校验。

TXIE为发送缓冲区空中断使能位，设置该位为1，当USART_SR中的TXE位为1时，将产生串口中断。

TCIE为发送完成中断使能位，设置该位为1，当USART_SR中的TC位为1时，将产生串口中断。

RXNEIE为接收缓冲区非空中断使能，设置该位为1，当USART_SR中的ORE或者RXNE位为1时，将产生串口中断。

TE为发送使能位，设置为1，将开启串口的发送功能。

RE为接收使能位，用法同TE。

RWU为接收唤醒，该位用来决定是否把USART置于静默模式。软件对该位置位或者清零。当唤醒序列到来时，硬件也会将其清零。

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，当收到收据的时候，也是存在该寄存器内。该寄存器的各位描述如下图所示：

虽然是一个32位寄存器，但是只用了低9位（DR[8：0]），其他都是保留。

DR[8：0]为串口数据，包含了发送或接收的数据。由于它是由两个寄存器组成的，一个给发送用(TDR)，一个给接收用(RDR)，该寄存器兼具读和写的功能。

5：串口状态。串口的状态可以通过状态寄存器USART_SR读取。

这里有两个位，比较常用第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，如果设置了这个位的中断，则会产生中断。。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。

串口初始化函数：

voiduart_init(u32pclk2,u32bound)

{

floattemp;

u16mantissa;

u16fraction;

temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV

mantissa=temp; //得