【開源教程10】瘋殼·開源編隊無人機-串口（基礎(chǔ)收發(fā)）

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——瘋殼·無人機·系列

串口（基礎(chǔ)收發(fā)）

    圖1


    一、串口簡介

    在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域講的串口通常指的是 UART，UART 即為通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。是一種通用串行數(shù)據(jù)總線， 用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。
    UART 常常用于兩個單片機之間進行數(shù)據(jù)傳輸，如下圖所示。

  
    圖2
    其通信過程如下圖所示。


圖3
    STM32F103 提供了 3 路串口，支持同步單線通信和半雙工單線通信、支持LIN、支持調(diào)制解調(diào)器操作、智能卡協(xié)議和 IrDA SIR ENDEC 規(guī)范、具有 DMA 等。可配置為串口的引腳是有限制的，所以在設(shè)計硬件電路時需要注意哪些引腳可以配置為串口引腳，如下表所示。
    串口管腳映射


    圖4



    二、UART 串口通訊協(xié)議

    串口通訊過程中一幀數(shù)據(jù)包含了起始位、數(shù)據(jù)位、停止位以及可有可無的奇偶校驗位，除了需要知道這些概念外，還需要理解波特率的概念。
    （1）起始位，當(dāng)未有數(shù)據(jù)發(fā)送時，數(shù)據(jù)線處于邏輯“1”狀態(tài)；先發(fā)出一個邏輯“0”信號，表示開始傳輸字符；
    （2）數(shù)據(jù)位，緊接著起始位之后的 8 個數(shù)據(jù)。從最低位開始傳送；
    （3）奇偶校驗位，一般不用；
    （4）停止位，一般為 1 位（也可以是 1.5 位或者 2 位），為高電平。作為結(jié)束的標(biāo)志；
    （5）波特率，波特率表示每秒鐘傳送的碼元符號的個數(shù)，是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)。
    如下圖所示，為一幀串口數(shù)據(jù)的幀組成。


圖5
    三、UART 串口寄存器

    STM32F103 與串口相關(guān)的寄存器眾多，這里只講解重要的幾個寄存器。
    （1）USART_SR：狀態(tài)寄存器，如下圖所示：


圖6
    需要了解的位有：TXE：發(fā)送寄存器為空；TC：發(fā)送完成；RXNE:讀取數(shù)據(jù)寄存器不為空；ORE：上溢錯誤；FE:幀錯誤；PE:奇偶校驗錯誤。
    （2）USART_DR：該寄存器只有低 8 位有效，而且具有讀寫操作，有關(guān)該寄存器中的數(shù)據(jù)是要發(fā)送的數(shù)據(jù)還是接受到的數(shù)據(jù)取決于執(zhí)行的操作是“讀取” 還是“寫入”。 如下圖所示：

   
    圖7

    （3）USART_BRR：波特率寄存器，用于設(shè)置串口通訊的波特率，如下圖所示：

   
    圖8
    其中在寄存器中會設(shè)定相應(yīng)的值，DIV_Mantissa[11:0]用來設(shè)定分頻系數(shù)的整數(shù)部分，DIV_Fraction[3,0]用來設(shè)定分頻系數(shù)的小數(shù)部分。
    串口的波特率計算公式如下：

   
    公式1

    這里的 fPCLKx(x=1、2)是給外設(shè)的時鐘(PCLK1 用于 USART2、3、4、5， PCLK2 用于USART1，這里 STM32F103CBT6 沒有的串口就不講解)。USARTDIV是一個無符號的浮點數(shù)。假設(shè)串口波特率為 115200，使用的是串口 1，串口的時鐘為 PCLK2 的時鐘（即 APB2 總線的時鐘）為 72MHz，如下圖所示。

  
    圖9
    根據(jù)公式可得:
    USARTDIV=72000000/(115200*16)=39.0625

    所以小數(shù)部分 DIV_Fraction=0.0625*16=1=0x01。


    整數(shù)部分 DIV_Mantissa=39=0x27。

    四、串口基礎(chǔ)收發(fā)實驗

    串口收發(fā)實驗使用 STM32 的串口 1 即 UART1，通過串口模塊連接電腦，使用串口調(diào)試助手來進行通信，STM32 收到數(shù)據(jù)后把收到的數(shù)據(jù)在發(fā)回電腦。串口引腳如下圖所示：

   
    圖10
    兩個串口引腳分別與 PA9 與 PA10 引腳相連，那么我們就對 PA9 與 PA10 引腳以及串口模塊進行配置，配置代碼（通過調(diào)用官方庫）。
    代碼編寫的思路如下：

    編程思路

  
    表1
    串口初始化代碼如下：

  
    圖11
    串口中斷函數(shù)代碼如下：

   
    圖12
    設(shè)置串口 1 的波特率為 115200，代碼如下：

     
    圖13

    保存、編譯、下載代碼，把飛控上的 USART1 上接的視覺模塊先拔下來， 然后接上 USB 轉(zhuǎn)串口模塊，如下圖所示：

  
    圖14
    然后在把 USB 轉(zhuǎn)串模塊插到電腦的 USB 口，打開電腦端的串口調(diào)試助手， 找到對應(yīng)的 COM 口（前提是安裝了 USB 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動），設(shè)置波特率為 115200， 打開，在串口調(diào)試助手的輸入框內(nèi)輸入“www.fengke.club”，點發(fā)送，然后可以看到串口調(diào)試助手收到來自 STM32 的回發(fā)信息，也是“www.fengke.club”，如下圖所示。


    圖15


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2022-8-16 10:41 上傳

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