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串口通信——小试牛刀

Aliven888 2022-01-14 阅读 49
单片机stm32物联网

一、理论知识简述

1.串口通信协议和RS-232标准

（1）串口通信协议简述

串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。

（2）串口通信协议原理

串口在嵌入式系统当中是一类重要的数据通信接口，其本质功能是作为 CPU 和串行设备间的编码转换器。当数据从 CPU 经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位；在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。典型地，串口用于 ASCII 码字符的传输。通信使用3根线完成：①地线，②发送数据线，③接收数据线。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：波特率是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的 bit 的个数；数据位是衡量通信中实际数据位的参数，当计算机发送一个信息包，标准的值是 5，7 和 8 位。如何设置取决于你的需求；停止位用于表示单个包的最后一位，典型的值为 1，1.5和 2 位，停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会；奇偶校验位是串口通信中一种简单的检错方式，有四种检错方式——偶、奇、高和低，也可以没有校验位。

（3）基本协议（主要介绍RS-232）

RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。
DB-9针连接头

从计算机串口截面图。
RS-232针脚的功能：
①数据：
TXD（pin 3）：串口数据输出(Transmit Data)
RXD（pin 2）：串口数据输入(Receive Data)
②握手：
RTS（pin 7）：发送数据请求(Request to Send)
CTS（pin 8）：清除发送(Clear to Send)
DSR（pin 6）：数据发送就绪(Data Send Ready)
DCD（pin 1）：数据载波检测(Data Carrier Detect)
DTR（pin 4）：数据终端就绪(Data Terminal Ready)
③地线：
GND（pin 5）：地线
④其它
RI（pin 9）：铃声指示
在这里插入图片描述

2.RS232电平与TTL电平的区别

（1）TTL电平信号之所以被广泛使用，原因是因为：通常我们采用二进制来表示数据。而且规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

（2）rs232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会（Electronic Industries AssociaTIon，EIA） 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 （DB-9） 或是25个引脚 （DB-25） 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。RS232的电平标准为+12V为逻辑负，-12为逻辑正，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负

3."USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

二、使用stm32CubeMX实现流水灯

1、stm32CubeMX的安装与配置

（1）安装地址https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html
在这里插入图片描述
（2）点击下载，填写注册信息和邮箱，然后 在邮箱中查收下载信息
在这里插入图片描述
（3）解压安装包，点击进行安装
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
（4）打开Cube,安装依赖包
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.用GPIO端口完成LED红绿灯周期闪烁

（1）修改stm32CubeMX代码
①在stm32CubeMX中新建一个项目
在这里插入图片描述
②完成配置
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
③右键选择output，选择引脚设置输出寄存器（PAO、PB9、PC15）
在这里插入图片描述
④创建项目并在keli中打开运行
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
⑤在keil中找到main.c文件中的while函数，添加

HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);//PA0熄灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET);//PB9亮灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);//PB9熄灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);//PC15亮灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);//PC15熄灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s

在这里插入图片描述
⑥点击编译，并在FlyMcu中烧录运行
在这里插入图片描述

3.观察3个GPIO端口的输出波形

在这里插入图片描述

三、STM32的USART串口通信程序

1.USART简述

USART:(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)通用同步/异步串行接收/发送器USART是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.汇编实现

（1）创建项目
新建项目，选择芯片STM32F103C8，并在里面添加一个.s文件
在这里插入图片描述编写代码

;RCC寄存器地址映像             
RCC_BASE            EQU    0x40021000 
RCC_CR              EQU    (RCC_BASE + 0x00) 
RCC_CFGR            EQU    (RCC_BASE + 0x04) 
RCC_CIR             EQU    (RCC_BASE + 0x08) 
RCC_APB2RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x0C) 
RCC_APB1RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x10) 
RCC_AHBENR          EQU    (RCC_BASE + 0x14) 
RCC_APB2ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x18) 
RCC_APB1ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x1C) 
RCC_BDCR            EQU    (RCC_BASE + 0x20) 
RCC_CSR             EQU    (RCC_BASE + 0x24) 
                              
;AFIO寄存器地址映像            
AFIO_BASE           EQU    0x40010000 
AFIO_EVCR           EQU    (AFIO_BASE + 0x00) 
AFIO_MAPR           EQU    (AFIO_BASE + 0x04) 
AFIO_EXTICR1        EQU    (AFIO_BASE + 0x08) 
AFIO_EXTICR2        EQU    (AFIO_BASE + 0x0C) 
AFIO_EXTICR3        EQU    (AFIO_BASE + 0x10) 
AFIO_EXTICR4        EQU    (AFIO_BASE + 0x14) 
                                                           
;GPIOA寄存器地址映像              
GPIOA_BASE          EQU    0x40010800 
GPIOA_CRL           EQU    (GPIOA_BASE + 0x00) 
GPIOA_CRH           EQU    (GPIOA_BASE + 0x04) 
GPIOA_IDR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x08) 
GPIOA_ODR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x0C) 
GPIOA_BSRR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x10) 
GPIOA_BRR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x14) 
GPIOA_LCKR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x18) 
                                                       
;GPIO C口控制                   
GPIOC_BASE          EQU    0x40011000 
GPIOC_CRL           EQU    (GPIOC_BASE + 0x00) 
GPIOC_CRH           EQU    (GPIOC_BASE + 0x04) 
GPIOC_IDR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x08) 
GPIOC_ODR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x0C) 
GPIOC_BSRR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x10) 
GPIOC_BRR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x14) 
GPIOC_LCKR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x18) 
                                                           
;串口1控制                       
USART1_BASE         EQU    0x40013800 
USART1_SR           EQU    (USART1_BASE + 0x00) 
USART1_DR           EQU    (USART1_BASE + 0x04) 
USART1_BRR          EQU    (USART1_BASE + 0x08) 
USART1_CR1          EQU    (USART1_BASE + 0x0c) 
USART1_CR2          EQU    (USART1_BASE + 0x10) 
USART1_CR3          EQU    (USART1_BASE + 0x14) 
USART1_GTPR         EQU    (USART1_BASE + 0x18) 
;NVIC寄存器地址                
NVIC_BASE           EQU    0xE000E000 
NVIC_SETEN          EQU    (NVIC_BASE + 0x0010)     
;SETENA寄存器阵列的起始地址 
NVIC_IRQPRI         EQU    (NVIC_BASE + 0x0400)     
;中断优先级寄存器阵列的起始地址 
NVIC_VECTTBL        EQU    (NVIC_BASE + 0x0D08)     
;向量表偏移寄存器的地址     
NVIC_AIRCR          EQU    (NVIC_BASE + 0x0D0C)     
;应用程序中断及复位控制寄存器的地址                                                
SETENA0             EQU    0xE000E100 
SETENA1             EQU    0xE000E104 
                            
                              
;SysTick寄存器地址            
SysTick_BASE        EQU    0xE000E010 
SYSTICKCSR          EQU    (SysTick_BASE + 0x00) 
SYSTICKRVR          EQU    (SysTick_BASE + 0x04) 
                              
;FLASH缓冲寄存器地址映像     
FLASH_ACR           EQU    0x40022000 
                             
;SCB_BASE           EQU    (SCS_BASE + 0x0D00) 
                             
MSP_TOP             EQU    0x20005000               
;主堆栈起始值                
PSP_TOP             EQU    0x20004E00               
;进程堆栈起始值             
                            
BitAlias_BASE       EQU    0x22000000               
;位带别名区起始地址         
Flag1               EQU    0x20000200 
b_flas              EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (0*4))               
;位地址 
b_05s               EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (1*4))               
;位地址 
DlyI                EQU    0x20000204 
DlyJ                EQU    0x20000208 
DlyK                EQU    0x2000020C 
SysTim              EQU    0x20000210 
;常数定义 
Bit0                EQU    0x00000001 
Bit1                EQU    0x00000002 
Bit2                EQU    0x00000004 
Bit3                EQU    0x00000008 
Bit4                EQU    0x00000010 
Bit5                EQU    0x00000020 
Bit6                EQU    0x00000040 
Bit7                EQU    0x00000080 
Bit8                EQU    0x00000100 
Bit9                EQU    0x00000200 
Bit10               EQU    0x00000400 
Bit11               EQU    0x00000800 
Bit12               EQU    0x00001000 
Bit13               EQU    0x00002000 
Bit14               EQU    0x00004000 
Bit15               EQU    0x00008000 
Bit16               EQU    0x00010000 
Bit17               EQU    0x00020000 
Bit18               EQU    0x00040000 
Bit19               EQU    0x00080000 
Bit20               EQU    0x00100000 
Bit21               EQU    0x00200000 
Bit22               EQU    0x00400000 
Bit23               EQU    0x00800000 
Bit24               EQU    0x01000000 
Bit25               EQU    0x02000000 
Bit26               EQU    0x04000000 
Bit27               EQU    0x08000000 
Bit28               EQU    0x10000000 
Bit29               EQU    0x20000000 
Bit30               EQU    0x40000000 
Bit31               EQU    0x80000000 
;向量表 
    AREA RESET, DATA, READONLY 
    DCD    MSP_TOP            ;初始化主堆栈 
    DCD    Start              ;复位向量 
    DCD    NMI_Handler        ;NMI Handler 
    DCD    HardFault_Handler  ;Hard Fault Handler 
    DCD    0                   
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    SysTick_Handler    ;SysTick Handler 
    SPACE  20                 ;预留空间20字节                 
;代码段 
    AREA |.text|, CODE, READONLY 
    ;主程序开始 
    ENTRY                            
    ;指示程序从这里开始执行 
Start 
    ;时钟系统设置 
    ldr    r0, =RCC_CR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit16 
    str    r1, [r0] 
    ;开启外部晶振使能  
    ;启动外部8M晶振 
                                            
ClkOk           
    ldr    r1, [r0] 
    ands   r1, #Bit17 
    beq    ClkOk 
    ;等待外部晶振就绪 
    ldr    r1,[r0] 
    orr    r1,#Bit17 
    str    r1,[r0] 
    ;FLASH缓冲器 
    ldr    r0, =FLASH_ACR 
    mov    r1, #0x00000032 
    str    r1, [r0] 
            
    ;设置PLL锁相环倍率为7,HSE输入不分频 
    ldr    r0, =RCC_CFGR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) 
    orr    r1, #Bit10 
    str    r1, [r0] 
    ;启动PLL锁相环 
    ldr    r0, =RCC_CR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit24 
    str    r1, [r0] 
PllOk 
    ldr    r1, [r0] 
    ands   r1, #Bit25 
    beq    PllOk 
    ;选择PLL时钟作为系统时钟 
    ldr    r0, =RCC_CFGR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) 
    orr    r1, #Bit10 
    orr    r1, #Bit1 
    str    r1, [r0] 
    ;其它RCC相关设置 
    ldr    r0, =RCC_APB2ENR 
    mov    r1, #(Bit14 :OR: Bit4 :OR: Bit2) 
    str    r1, [r0]      

            
    ;PA9串口0发射脚 
    ldr    r0, =GPIOA_CRH 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit4 :OR: Bit5)          
    ;PA.9输出模式,最大速度50MHz  
    orr    r1, #Bit7 
    and    r1, #~Bit6 
    ;10：复用功能推挽输出模式 
    str    r1, [r0] 
 ldr    r0, =USART1_BRR   
    mov    r1, #0x271 
    str    r1, [r0] 
    ;配置波特率-> 115200 
                   
    ldr    r0, =USART1_CR1   
    mov    r1, #0x200c 
    str    r1, [r0] 
    ;USART模块总使能 发送与接收使能 
    ;71 02 00 00   2c 20 00 00 
             
    ;AFIO 参数设置             
    ;Systick 参数设置 
    ldr    r0, =SYSTICKRVR           
    ;Systick装初值 
    mov    r1, #9000 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =SYSTICKCSR           
    ;设定,启动Systick 
    mov    r1, #0x03 
    str    r1, [r0] 
              
    ;切换成用户级线程序模式 
    ldr    r0, =PSP_TOP                   
    ;初始化线程堆栈 
    msr    psp, r0 
    mov    r0, #3 
    msr    control, r0 
              
    ;初始化SRAM寄存器 
    mov    r1, #0 
    ldr    r0, =Flag1 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyI 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyJ 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyK 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =SysTim 
    str    r1, [r0] 
;主循环            
main            
    ldr    r0, =Flag1 
    ldr    r1, [r0] 
    tst    r1, #Bit1                 
    ;SysTick产生0.5s,置位bit 1 
    beq    main                  ;0.5s标志还没有置位       
     
    ;0.5s标志已经置位 
    ldr    r0, =b_05s                
    ;位带操作清零0.5s标志 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 

    mov    r0, #'H' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'e' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #' ' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'W' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'i' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'n' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'d' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'w' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'\n' 
    bl     send_a_char
	
	b      main
	山妖的阶梯 2:26:52
;主循环            
main            
    ldr    r0, =Flag1 
    ldr    r1, [r0] 
    tst    r1, #Bit1                 
    ;SysTick产生0.5s,置位bit 1 
    beq    main                  ;0.5s标志还没有置位       
     
    ;0.5s标志已经置位 
    ldr    r0, =b_05s                
    ;位带操作清零0.5s标志 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 

    mov    r0, #'H' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'e' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #' ' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'W' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'i' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'n' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'d' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'w' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'\n' 
    bl     send_a_char
	
	b      main
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「觉觉睡了没醒」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_61682562/article/details/120931199

山妖的阶梯 2:27:14
;子程序 串口1发送一个字符 
send_a_char 
    push   {r0 - r3} 
    ldr    r2, =USART1_DR   
    str    r0, [r2] 
b1 
    ldr    r2, =USART1_SR  
    ldr    r2, [r2] 
    tst    r2, #0x40 
    beq    b1 
    ;发送完成(Transmission complete)等待 
    pop    {r0 - r3} 
    bx     lr 
                                
;异常程序 
NMI_Handler 
    bx     lr 


HardFault_Handler 
    bx     lr 
              
SysTick_Handler 
    ldr    r0, =SysTim 
    ldr    r1, [r0] 
    add    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
    cmp    r1, #500 
    bcc    TickExit 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =b_05s  
    ;大于等于500次 清零时钟滴答计数器 设置0.5s标志位 
    ;位带操作置1 
    mov    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
TickExit    
    bx     lr 
                                                                           
    ALIGN            
    ;通过用零或空指令NOP填充,来使当前位置与一个指定的边界对齐 
    END

编译烧录用野火调试助手打开串口查看输出
在这里插入图片描述

（2）观察管教的时序波形
添加寄存器
在这里插入图片描述

点击运行
在这里插入图片描述

3.使用hel库实现

（1）再CubeMX中新建项目并进行配置
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
设置生成HEX文件
在这里插入图片描述
在main.c文件中添加while函数的代码实现功能

 char data[]="hello windows!\n";
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)data, 15, 0xffff);
  HAL_Delay(1000);

编译烧录，并通过野火调试助手查看输出结果
在这里插入图片描述

（2）观察管脚的时序波形
调整真机模拟参数
在这里插入图片描述
添加针脚
在这里插入图片描述
运行
在这里插入图片描述

四、总结

https://blog.csdn.net/weixin_46129506/article/details/120895633
https://blog.csdn.net/junseven164/article/details/120808687

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