处理器是怎样与外部设备进行通信的

1. 概述

1.1 处理器与外部设备通信方式

1.1.1并行通信

• 传输原理：数据各个位同时传输。
  
• 优点：速度快
  
• 缺点：占用引脚资源多
  

1.1.2 串行通信（本文重点讲解此通信方式）

• 传输原理：数据按位顺序传输
  
• 优点：占用引脚资源少
  
• 缺点：速度相对较慢
  

1.2 串行通信的数据传输方向

1.2.1 单工

数据传输只支持数据在一个方向上的传输
1.2.2 半双工

允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，他实际上是一种切换方向的单工通信
1.2.3 全双工

允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信时两个单工通信方式的结合，他要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力





1.3 串行通信的通信方式

1.3.1 同步通信

• 带时钟同步信号传输（SPI,IIC通信接口）
  

1.3.2 异步通信

• 不带时钟同步信号（UART：通用异步收发器，单总线）
  
  
  
  
  
  在STM32中有UART和USART两种收发器，其中UART为通用异步收发器，USART为通用同步异步收发器（即可用与同步或者异步收发）
  

1.4 UART异步通信

1.4.1 引脚连接方法















1.4.2 特点

• 全双工异步通信。
  
• 分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。
  -发送和接受共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s
  
• 可编程的数据字长度（8位或者9位）；
  
• 可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
  
• 可配置的使用DMA多缓冲器通信。
  
• 单独的发送器和接收器使能位。
  
• 检测标志：① 接受缓冲器 ②发送缓冲器空 ③传输结束标志
  
• 多个带标志的中断源。触发中断。
  
• 其他：校验控制，四个错误检测标志。
  

1.4.3 通信过程











2.思路

异步通信在通信时需要先约定好波特率，才能够确保发送和接收数据的完整。
在程序中需要将串口初始化并且使能串口，若需要接收到数据后产生中断则需要加上中断使能函数。
参考正点原子的教程，其还增加了一个校验的功能（其实正常的通信都应该要加上起始位和结束位，确保数据的正确性），定义了一个函数：
bit13~0:接收到的有效数据个数，bit14:接收到0X0D标志，bit15:接收0X0A完成标志。





3.寄存器说明

3.1 状态寄存器（USART_SR）





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，并且可以读出来了。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。
3.2 数据寄存器（USART_DR）






DR(8:0):包含了发送或接收的数据。
3.2 波特比率寄存器（USART_BRR）
















4.库函数说明

[tr]项目功能[/tr]

void USART_Init()	串口初始化：波特率，数据字长奇偶校验，硬件流控以及收发使能
void USART_Cmd()	使能串口
void USART_ITConfig()	使能相关中断
void USART_SendData()	发送数据到串口，DR
uint16_t USART_ReceiveData()	接受数据，从DR读取接受到的数据
FlagStatus USART_GetFlagStatus()	获取状态标志位
void USART_ClearFlag()	清除状态标志位
ITStatus USART_GetITStatus()	获取中断状态标志位
void USART_ClearITPendingBit()	清除中断状态标志位

5. 串口配置代码

• 串口时钟使能，GPIO时钟使能:RCC_APB2PeriphClockCmd();
  
• 串口复位:USART_DeInit(); 这一步不是必须的
  
• GPIO端口模式设置:GPIO_Init(); 模式设置为GPIO_Mode_AF_PP
  
• 串口参数初始化：USART_Init();
  
• 开启中断并且初始化NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）
  NVIC_Init();
  USART_ITConfig();
  
• 使能串口:USART_Cmd();
  
• 编写中断处理函数：USARTx_IRQHandler();
  
• 串口数据收发：
  void USART_SendData();//发送数据到串口，DR
  uint16_t USART_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据
  
• 串口传输状态获取：
  FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
  
  

void My_USART1_Init(void)
{
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStrue;
        USART_InitTypeDef USART_InitStrue;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStrue;
       
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
       
        GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
        GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
        GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
  GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStrue);
       
        GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
        GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
        GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
  GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStrue);
       
        USART_InitStrue.USART_BaudRate=115200;
        USART_InitStrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
        USART_InitStrue.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;
        USART_InitStrue.USART_Parity=USART_Parity_No;
        USART_InitStrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1;
        USART_InitStrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;
       
        USART_Init(USART1,&USART_InitStrue);
       
        USART_Cmd(USART1,ENABLE);
       
        USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
       
        NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;
        NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
        NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
        NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
        NVIC_Init(&NVIC_InitStrue);
       
       
}


void USART1_IRQHandler(void)
{
        u8 res;
         if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE))
{
     res= USART_ReceiveData(USART1);
     USART_SendData(USART1,res);   
  }
}


加上“USART_RX_STA”校验


if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  
   {
           Res =USART_ReceiveData(USART1);
          
           if((USART_RX_STA&0x8000)==0)
                   {
                   if(USART_RX_STA&0x4000)
                           {
                           if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;
                           else USART_RX_STA|=0x8000;       
                           }
                   else
                           {       
                           if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
                           else
                                   {
                                   USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
                                   USART_RX_STA++;
                                   if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;  
                                   }                 
                           }
                   }                    
    }