USART驱动实验

6.1 STM32串口简介

在之前的51单片机开发中已经详细地描述过串行通信协议，但是51中的串口有一个缺点，就是为了使用串口的波特率必须将晶振更换为11.0592MHz，如果采用12MHz晶振就会导致波特率误差太大，以致于串口无法正常收发，但是如果使用11.0592MHz晶振又会存在定时器计数误差（即定时器计数不准确），在STM32中很好地解决了这个问题，并且扩展了串口的应用。

   STM32F103ZET6最多可提供5路串口，有分数波特率发生器、支持同步单线通信和半双工单线通讯、支持LIN、支持调制解调器操作、智能卡协议和IrDASIRENDEC规范、具有DMA等。STM32的USART模块结构框图如下图所示。

我们可以从框图发现，STM32的波特率是低4位表示小数部分，高12位表示整数部分，这就是为什么STM32可以在不更换晶振的条件下使用串口通信。

6.2 相关寄存器

6.2.1 控制寄存器USART_CR1

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
-
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
-	UE	M	WAKE	PCE	PS	PEIE	TXEIE	TCIE	RXNEIE	IDLEIE	TE	RE	RWU	SBK

Bit 13：USART使能

0：USART分频器和输出被禁止

   1：USART模块使能

Bit 12：字长

0：一个起始位，8个数据位，n个停止位

   1：一个起始位，9个数据位，n个停止位

Bit 11：唤醒的方法

0：被空闲总线唤醒

   1：被地址标记唤醒

Bit 10：检验控制使能

0：禁止校验控制

   1：使能校验控制

Bit 9：校验选择

0：偶校验

   1：奇校验

Bit 8：PE中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的PE为1时，产生USART中断

Bit 7：发送缓冲区空中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的TXE为1时，产生USART中断

Bit 6：发送完成中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的TC为1时，产生USART中断

Bit 5：接收缓冲区非空中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的ORE或者RXNE为1时，产生USART中断

Bit 4：IDLE中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的IDLE为1时，产生USART中断

Bit 3：发送使能

0：禁止发送

   1：使能发送

Bit 2：接收使能

0：禁止接收

   1：使能接收，并开始搜寻RX引脚上的起始位

Bit 1：接收唤醒

0：接收器处于正常工作模式；

   1：接收器处于静默模式

Bit 0：发送断开帧

0：没有发送断开字符

   1：将要发送断开字符

6.2.2 波特率寄存器USART_BRR

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
-
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
USARTDIV_Mantissa[11:0]	USARTDIV_Fraction[3:0]

Bit 15~Bit 4：波特率整数部分

Bit 3~Bit 0：波特率小数部分

注：波特率的计算公式

6.2.3 数据寄存器USART_DR

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
-
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
-	DATA[8:0]

Bit 8~Bit 0：数据值

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。当USART_CR1中PCE位被置位进行发送时，写到MSB的值(根据数据的长度不同，MSB是第7位或者第8位)会被后来的校验位取代。当使能校验位进行接收时，读到的MSB位是接收到的校验位。

6.2.4 状态寄存器USART_SR

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
-
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
-	CTS	LBD	TXE	TC	RXNE	IDLE	ORE	NE	FE	PE

Bit 9：CTS标志（如果设置了CTSE位，当nCTS输入变化状态时，该位被硬件置高，由软件将其清零）

0：nCTS状态线上没有变化

   1：nCTS状态线上发生变化

Bit 8：LIN断开检测标志（当探测到LIN断开时，该位由硬件置1，由软件将其清零）

0：没有检测到LIN断开

   1：检测到LIN断开

Bit 7：发送数据寄存器空

当TDR寄存器中的数据被硬件转移到移位寄存器时，该位被硬件置位，对USART_DR的写操作，将该位清零。

   0：数据还没有被转移到移位寄存器

   1：数据已经被转移到移位寄存器

Bit 6：发送完成

当包含有数据的一帧发送完成后，并且TXE=1时，由硬件将该位置’1’。然后写入USART_DR清除该位。

   0：发送还未完成

   1：发送完成

Bit 5：读数据寄存器非空

当数据被转移到USART_DR寄存器中，该位被硬件置位。对USART_DR读操作可以将该位清零。

   0：数据没有收到；

   1：收到数据，可以读出

Bit 4：检测到总线空闲

当检测到总线空闲时，该位被硬件置位，则产生中断。先读USART_SR，然后读USART_DR清除该位。

   0：没有检测到空闲总线

   1：检测到空闲总线

Bit 3：过载错误

当RXNE仍然是1的时候，当前被接收在移位寄存器中的数据，需要传送至RDR寄存器时，硬件将该位置位，先读USART_SR，然后读USART_CR清零。

   0：没有过载错误

   1：检测到过载错误

Bit 2：噪声错误标志

在接收到的帧检测到噪音时，由硬件对该位置位。先读USART_SR，再读USART_DR清0。

   0：没有检测到噪声

   1：检测到噪声

Bit 1：帧错误

当检测到同步错位，过多的噪声或者检测到断开符，该位被硬件置位。先读USART_SR，再读USART_DR清零

   0：没有检测到帧错误

   1：检测到帧错误或者break符

Bit 0：校验错误

在接收模式下，如果出现奇偶校验错误，硬件对该位置位。依次读USART_SR和USART_DR清零，在清除PE位前，软件必须等待RXNE标志位被置1。

   0：没有奇偶校验错误；

   1：奇偶校验错误

6.3 printf函数重映射

学习C语言的时候会经常用到一个函数，就是格式化输出printf，这个函数的源代码如下所示。

从上图可以看出来，printf函数实际上的核心是putchar函数，在KEIL中，由于我们使用了MicroLIB，所以putchar函数改为了fputc函数，此时，我们只需要修改fputc函数就可以完成printf重定向，重定向代码如下图所示。

6.4 串口例程

使用printf函数将串口接收到的字符串发送出去。

（1）底层寄存器文件stm32f10x.h添加串口寄存器地址。

（2）在SYSTEM目录下新建usart1目录，并在usart1目录下新建usart1.c和usart1.h两个文件。

（3）将usart1.c和usart1.h两个文件加入工程。

（4）在usart1.c文件内写入以下代码。

（5）在usart1.h添加以下代码。

（5）在1.c文件中添加以下代码。

6.5 实验结果