STM32-USART串口配置教程和printf函数实现（寄存器版）

本章概述思维导图

通信介绍

通信介绍概况

通信，至少是需要两个对象，一个收一个发数据。

根据数据通信的传输时序协调方式，可分为：同步通信和异步通信；

根据数据通信的传输线路可分为：串行通信和并行通信；

根据数据通信的传输方向性及双向交互能力可分为：单工通信和双工通信（半双工通信和全双工通信）

同步通信和异步通信定义

同步通信：发送方与接收方通过共享时钟线的时钟信号，确保数据按固定时间间隔传输，接收方能准确预测数据到达时间；

异步通信：发送方与接收方无共享时钟线，通过数据包或数据帧格式（如起始信号/停止位）协调传输数据；

同步和异步的区别：同步通讯需要有时钟信号控制，通过时钟线的高低电平控制数据的收发；异步通信没有时钟信号控制，通过数据帧格式控制数据的收发（大家约定好通信速度（波特率））；

小心得：就是一个有时钟线提供时钟时序，一个没有时钟线；

串行通信和并行通信定义

串行通信：数据按位顺序传输，使用单条线路进行数据得传输。例如，发送字节 10110010 时，先传 1，再传 0，以此类推。

并行通信：数据的多个位（通常8位、16位等）同时通过多条线独立线路并行传输。如传输字节 10110010，会使用8根数据线，每根线同时传1位。

串行和并行的区别；

串行通信指同一时刻，只能收或发一个bit位信息，因此只用一根数据信号线即可；并行通信指同一时刻，可以收或发多个bit位信息，因此需要多根数据信号线才行；

单工和半双工、全双工定义

单工通信：数据仅能沿固定方向单向传输，发送端与接收端角色不可互换。

应用场景：广播系统（电台→听众、卫星数据下行）、传感器网络（如温湿度传感器→数据中心）等；

半双工通信：同一信道分时复用，双方交替发送和接收；

应用场景：对讲机、传统Wi-Fi；

全双工通信：双方可同时发送和接收数据；

应用场景：电话通话、以太网交换机等；

单工和半双工、全双工的区别：

单工通信：单工要么收要么发，只能做接收设备或者发送设备。接收器不能发送数据给发送器。例如：收音机；

半双工通信：双发都可以发送数据，双方不能同时发送数据或接收数据；只有一根发送/接收数据信号线。（特点：可以收可以发，但是不能同时收发）例如：对讲机；

全双工通信：双方可以同时发送或者接收数据；有两根发送/接收数据信号线；（特点：可以同时即发送又接收数据）例如：手机

USART串口通信

串口（USART）通讯：异步通讯、全双工、串行通讯、总线协议；

USART通用同步异步收发器，是一种通用的串行、异步/同步通信总线。该总线有两条数据信号线，可以实现全双工的发送和接收；

波特率：用于描述USART串口通信时的通信速度，其单位（bps）即每秒钟传送的位（bit）的数量

上位机：就是连接串口的电脑或者手机上的APP软件；是在自动化控制系统中，用于监控和控制下位机（如单片机、PLC等）的计算机。它可以直接发送操作指令给下位机，并接收下位机的反馈数据，通过用户操作交互界面向用户展示数据。

USART采用帧格式从低位开始发送数据——>高位

串口通信是不允许连续发送，避免累积误差。所以发送完一字节数据后就得停止重新发送；

USART1串口1电路原理图

1. 分析原理图，查看对应引脚

分析原理图这是串口USART1实现下载程序功能

我们不能随意配置USART1的引脚，要根据STM32F103X引脚定义手册来查看USART1配置的引脚；

TXD发送数据脚--->PA10（数据接收脚）

RXD接收数据脚--->PA9 （数据发送脚）

串口属于自行控制数据的收发，所以我们应设置GPIO引脚模式为复用模式；

发送对接收；PA10设置为复用输入模式，PA9设置为复用输出模式；

2. 配置串口1（USART1）模块初始化函数

配置USART1串口初始化函数步骤：

1. 开时钟

2. 对串口1模块开启复位时钟，在取消复位；

3. 配置GPIO模式

4. 通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART

5. 编程USART_CR1的M位来定义字长。

6. 在USART_CR2中编程停止位的位数。

7. 利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。

8. 设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。

9. 设置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它开始寻找起始位。

代码示例：

#include "USART1.h"
/*USART1串口初始化函数形参bps——>保持通信的波特率PA10设置为输入模式，PA9设置为复用输出模式；
*/
void USART1_Init(u32 bps)
{
//  1. 开时钟RCC->APB2ENR|=1<<2;//开启PA时钟；RCC->APB2ENR|=1<<14;//开启USART1时钟
//  2. 对串口1模块开启复位时钟，在取消复位；RCC->APB2RSTR|=1<<14;//开启USART1复位时钟，复位这一步可以省略配置USART1步骤RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//取消复位时钟，关闭复位
//  3. 配置GPIO模式GPIOA->CRH&=0xfffff00f;//清空PA10、PA9引脚模式GPIOA->CRH|=0x000008b0;//PA10输入PA9输出
//  4.通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USARTUSART1->CR1|=1<<13;
//  5.编程USART_CR1的M位来定义字长。USART1->CR1&=~(1<<12);
//  6.在USART_CR2中编程停止位的位数。USART1->CR2&=~(0x3<<12);
//  7.利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。USART1->BRR=72000000/bps;
//  8.设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。USART1->CR1|=1<<3;
//  9.设置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它开始寻找起始位。USART1->CR1|=1<<2;
}

3. USART1串口底层发送数据函数

USART1串口数据发送函数（以数据帧格式发送）：

配置步骤：

1.把发送的数据放入到USART_DR数据寄存器

2.判断USART_SR状态寄存器的TXE（发送数据寄存器空）位数据是否发送完成

代码示例：

/*USART1串口底层数据发送函数形参：temp——>发送的数据
*/
void USART1_TX(u8 *temp)
{while(*temp){USART1->DR=*temp++;while(&(USART1->SR&1<<7)){}}
}

测试USART1串口初始化函数和USART1串口底层发送函数

代码示例：

#include "LED.h"
#include "Delay.h"
#include "SYSTICK.h"
#include "BEEP.h"
#include "KEY.h"
#include "USART1.h"
int main()
{LED_Init();//LED灯初始化函数BEEP_Init();//蜂鸣器初始化函数KEY_Init();//按键初始化函数USART1_Init(115200);//USART1串口1初始化函数USART1_TX((u8 *)"串口1初始化完成\n");//发送"串口1初始化完成"这句话while(1){}
}

测试结果：

4. 串口读取/接收数据操作

操作步骤：

1. 首先判断USART1_SR寄存器中RXNE（读数据寄存器非空），置1表示收到数据，可以读出。置0表示数据没有收到；

2. 将收到数据返回给上位机终端显示

代码示例：

#include "LED.h"
#include "Delay.h"
#include "SYSTICK.h"
#include "BEEP.h"
#include "KEY.h"
#include "USART1.h"
int main()
{LED_Init();//LED灯初始化函数BEEP_Init();//蜂鸣器初始化函数KEY_Init();//按键初始化函数USART1_Init(115200);//USART1串口1初始化函数USART1_TX((u8 *)"串口1初始化完成\n");u8 dat=0;while(1){if(USART1->SR&1<<5){dat=USART1->DR;//读取数据USART1->DR=dat;//将读取的数据在上位机软件显示}}
}

上位机软件发送数据给USART1串口判断是否接收：

发送结果显示：

5. printf( )打印函数使用USART1底层实现

在我们以后项目开发过程中会遇到各种各样的开发问题，使用printf( )函数可以让我们快速方便的查找问题！解决问题！下面是利用串口1实现printf( )函数的底层实现；

配置步骤：

1.在<stdio.h>文件中查找函数fputc

2.创建printf( )打印函数

3.实现printf函数还需在keil v5中的魔法棒中第二个选项卡Target中勾选右上角的Use Micro LIB;

代码示例：

/*printf函数底层接口实现形参：tx——发送的内容注意：不需要声明哟！
*/
int fputc(int tx, FILE *stream)
{USART1->DR=tx;while(!(USART1->SR&1<<7)){}return tx;
}

第三步操作：

测试printf( )函数实现代码示例：


#include "USART1.h"
#include "stdio.h"
int main()
{USART1_Init(115200);//USART1串口1初始化函数printf("大河向东流哇\n天上的星星参北斗哇\n嘿嘿 参北斗哇\n生死之交一碗酒哇\n说走咱就走哇\n你有我有全都有哇\n嘿嘿 全都有哇\n");while(1){}
}

测试结果

6. 显示USART1接收到的数据

代码示例：

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "USART.h"
#include <stdio.h>int main()
{USART1_Init(115200);//串口1初始化函数USART1_TX((u8 *)"串口1初始化成功\n");u8 dat;	//读取数据	u8 buffer[100];//接收数据的数组 	u8 cnt=0;//下标while(1){if(USART1->SR&1<<5){dat=USART1->DR;//读取数据buffer[cnt]=dat;//将读取的数据放入到数组中if(dat == '\n'){buffer[cnt-1]='\0';//上位机软件设置时以\r\n结尾。手动把\r改成数组结束标准符printf("buf=%s;\tcnt=%d\n",buffer,cnt);cnt=0;}else cnt++;}}
}

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