蓝桥杯嵌入式之USART讲解
USART是通用同步/异步串行接收/发送器。大多数通过USB与电脑进行通信，也是比较好的调试方法。当程序出现长时间找不出错误时，可以在相应的变量后面通过串口将数值发送到电脑端，方便对变量的值进行跟踪查看，快速定位出现错误的地方。
在比赛的时候也可以通过USART来定位错误的地方，以免在比赛的时候由于紧张而不知所措。
USART的使用要用到stm32f10x_usart.c和stm32f10x_usart.h，可以在CT117E嵌入式竞赛板V1.1\CT117E嵌入式竞赛板\STM32_MCU\stm32f10x_stdperiph_lib\STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\src中复制.c文件，在inc文件夹里复制.h文件。
USART的初始化讲解
USART的初始化函数为
/**
* @说明 USART2 相关GPIO和工作模式配置
* @参数 None
* @返回值 None
*/
void USART_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
//配置USART2 TX引脚工作模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//配置USART2 RX引脚工作模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//串口2工作模式配置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 19200;
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(USART2, &USART_InitStructure);
USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}例程中使用的的是USART2，可以在CT117E嵌入式竞赛板V1.1\CT117E嵌入式竞赛板\STM32_MCU\stm32f10x_stdperiph_lib\STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Project\STM32F10x_StdPeriph_Examples\USART\DMA_Interrupt中main.c文件的代码进行修改。修改方法如下：
1、时钟初始化
原函数为
/**
* @brief Configures the different system clocks.
* @param None
* @retval None
*/
void RCC_Configuration(void)
{
/* Enable GPIO clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(USARTy_GPIO_CLK | USARTz_GPIO_CLK | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
#ifndef USE_STM3210C_EVAL
/* Enable USARTy Clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(USARTy_CLK, ENABLE);
#else
/* Enable USARTy Clock */
RCC_APB1PeriphClockCmd(USARTy_CLK, ENABLE);
#endif
/* Enable USARTz Clock */
RCC_APB1PeriphClockCmd(USARTz_CLK, ENABLE);
}可以对USARTy 的初始化函数进行修改，将USARTy_CLK修改为RCC_APB1Periph_USART2。其中参数RCC_APB1Periph_USART2需要在stm32f10x_rcc.h的文件中查找。需要注意的是要用函数RCC_APB2PeriphClockCmd初始化GPIOA的时钟，这是根据电路图进行确定的。
2、端口模式、速度等的初始化
（部分）原代码为
/* Configure USARTy Rx as input floating */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = USARTy_RxPin;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(USARTy_GPIO, &GPIO_InitStructure);
/* Configure USARTy Tx as alternate function push-pull */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = USARTy_TxPin;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(USARTy_GPIO, &GPIO_InitStructure);其中变量USARTy_RxPin和参数USARTy_GPIO要根据电路图进行确定。
3、串口工作模式的配置
源代码为
*/
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;
/* Configure USARTy */
USART_Init(USARTy, &USART_InitStructure);
/* Enable the USARTy */
USART_Cmd(USARTy, ENABLE);其中两函数的参数USARTy改为USART2即可。需要注意的是源代码的两个函数的中间的代码没有使用到。
USART发送数据讲解
/**
* @说明 USART2字符串发送函数
* @参数 str: 指向字符串的指针
* @返回值 None
*/
void USART_SendString(int8_t *str)
{
uint8_t index = 0;
do
{
USART_SendData(USART2,str[index]);
while(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TXE) == RESET);
index++;
}
while(str[index] != 0); //检查字符串结束标志
}函数USART_SendData定义在stm32f10x_usart.c中的第592行，声明在stm32f10x_usart.h中的第378行。其第一个参数USARTx由初始化函数确定的哪个USART口，一般用USART2。第二个参数Data为一个整数，是需要发送的两字节整数。如果要发送小数的话，需要将小数点作为一个数发送（一般不会这样考）。
发送完一个整数或字符后，需要判断该参数是否发送成功。函数USART_GetFlagStatus是判断标志量为什么。该函数定义在stm32f10x_usart.c中的第874行，声明在stm32f10x_usart.h中的第390行。
其中函数USART_GetFlagStatus的第一个参数USART2就是确定是判断哪个USART口。第二个参数是根据整体的代码功能确定，如果是判断USART的发送是否成功的话，可以用IS_USART_FLAG；如果是判断USART的接收是否成功的话，可以用USART_FLAG_RXNE。其所有的取值可以根据函数IS_USART_FLAG的定义位置查看。
当判断出函数的某一个字符为数值0时，表明数组的每一个元素发送完毕。
最后需要注意的是，发送函数的参数int8_t *str为数组的指针（首地址）。
利用官方提供的软件进行通信
USART的通信软件有很多，但是都离不开这几个功能。端口的链接、波特率、校验位、数据位、停止位等的设置；输入\输出窗口；发送和清除按钮等。官方提供的串口通信软件的界面如下（软件在Tools下的AccessPort文件夹下）
点击红色按钮可进入常规设置界面
需要注意的是串口的设置不能自动设置，需要手动设置。查看方法为右击“我的电脑”—>“管理”—>“设备管理器”中查看（每次查看的结果不唯一）
成功接收后会在输出显示器中进行显示
USART接收显示数据讲解
因为USART的数据接收是不定时的，所以需要利用中断进行实时的监控。中断的设置代码如下
/**
* @说明 配置中断向量控制器
* @参数 None
* @返回值 None
*/
void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
/* Enable the RTC Interrupt */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}源代码（比赛时的例程代码）为
/**
* @brief Configures the nested vectored interrupt controller.
* @param None
* @retval None
*/
void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* Configure the NVIC Preemption Priority Bits */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
/* Enable the USARTy Interrupt */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USARTy_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
/* Enable the USARTz Interrupt */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USARTz_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}只需把NVIC_PriorityGroup_0改为NVIC_PriorityGroup_1。原因可以看下图，看不懂的可以看正点原子的视频。
利用对USARTz的中断配置进行设置，需要将USARTz_IRQn改为USART2_IRQn。
接下来就是对中断函数的内容进行编写。中断函数都放在stm32f10x_it.c中，所以可以将同文件夹下的stm32f10x_it.c中的中断函数复制到程序的stm32f10x_it.c的文件中。正确的配置代码如下
/**
* @brief This function handles PPP interrupt request.
* @param None
* @retval None
*/
void USART2_IRQHandler(void)
{
uint8_t temp;
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE) != RESET){
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);
temp = USART_ReceiveData(USART2);
if((temp == 'x') || (RXCUNT == 20)){
RXCUNT = 0;
RXOVER = 1; //接收完成标志位置位
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,DISABLE);
}
else{
USART_RXBUF[RXCUNT] = temp;
++RXCUNT;
}
}
}比赛给的代码为
/**
* @brief This function handles USARTy global interrupt request.
* @param None
* @retval None
*/
void USARTy_IRQHandler(void)
{
if(USART_GetITStatus(USARTy, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
/* Read one byte from the receive data register */
RxBuffer1[RxCounter1++] = USART_ReceiveData(USARTy);
if(RxCounter1 == NbrOfDataToRead1)
{
/* Disable the USARTy Receive interrupt */
USART_ITConfig(USARTy, USART_IT_RXNE, DISABLE);
}
}
if(USART_GetITStatus(USARTy, USART_IT_TXE) != RESET)
{
/* Write one byte to the transmit data register */
USART_SendData(USARTy, TxBuffer1[TxCounter1++]);
if(TxCounter1 == NbrOfDataToTransfer1)
{
/* Disable the USARTy Transmit interrupt */
USART_ITConfig(USARTy, USART_IT_TXE, DISABLE);
}
}
}对比来看，需要修改的地方还是很多的。第一个if语句是可以利用的，只需在里面添加清除接收标志，然后判断接收到的字符或字符数量是否满足要求，即是否满足接收完成的要求。如果满足要求，则将接收标志位置位，在其它函数中判断该位是否为1。若为1，则表示接收完成，否则表示没有接收完成。如果没有符合接收完成的条件，则将接收到的字符复制到数组里。需要注意的是，因为将接收到的字符保存在数组里，所以两个文件需要共用一个数组，方便对数组的调用；也共用一个变量，表示接收完成的标志；在中断函数中需要有一个变量控制字符接收的个数，例程中是用全局变量来控制的。
在stm32f10x_it.c文件中对这些变量的声明或定义是
extern uint8_t USART_RXBUF[20]; //接收缓冲区
uint8_t RXOVER = 0; //接收完成标志位
uint8_t RXCUNT = 0; //字符个数控制在调用函数或main.c文件中对这些变量的声明或定义是
uint8_t USART_RXBUF[20];
extern uint8_t RXOVER;这些变量的名字不需刻意记忆，完全可以根据自己的爱好（不要太俗了也不能与其它变量重名）定义。
对接收到的数据进行显示的代码为
if(RXOVER == 1){
LCD_ClearLine(Line7);
LCD_DisplayStringLine(Line7,USART_RXBUF);
for(i=0;i<20;i++){
USART_RXBUF[i] = 0; //清空接收区
}
RXOVER = 0;
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
}需要注意的是，在每次显示完毕后要对数字中的每个元素进行清除，否则在下一次的接收时出现错误显示；对接收完成标志位进行清零；使能USART的接收标志位。