CH03-05-STM32F40x的串口通信模块原理.pptx

《CH03-05-STM32F40x的串口通信模块原理.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CH03-05-STM32F40x的串口通信模块原理.pptx（41页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、嵌入式系统原理与开发设计STM32F40 x的串口通信模块原理主讲人：赖树明东莞理工学院05STM32F40 x串口作业01通信方式简介02标准UART通信介绍03STM32F40 x串口模块04STM32F40 x串口示例0101通信方式简介串行通信和并行通信同步通信和异步通信单工/半双工/全双工通信方式简介 串行通信和并行通信01计算机与外界的信息交换称为通信，基本通信方式有两种:1.并行通信:数据的各位同时发送或接收;2.串行通信:数据的各位按顺序一位一位地发送或接收。通信方式通信的双方没有共同的时钟线相连，时钟相互独立。具有位错误检测功能，应用较广泛。在单片机中主要是采用异步通信方式。

2、通信双方只需按约定的帧格式来发送和接收数据，硬件结构比同步通信方式简单。异步通信通信方式简介 同步通信和异步通信01接收和发送时钟严格保持同步，在通信时要求有同步时钟信号。对硬件电路设计结构要求较高，一般需要走差分等长线。易于进行串行外围扩展，在单片机中得到广泛应用。典型应用：I2C 串行总线、SPI 串行接口通信总线等。同步通信按照数据传送方向，串行通信可分为单工制式、半双工制式和全双工制式。概述通信方式简介 单工/半双工/全双工01单工制式：数据在甲机和乙机之间只允许单方向传送。两机之间只需 1 条数据线。半双工制式：数据在甲机和乙机之间允许双方向传送，但只能分时复用，因而两机之间只需 1

3、 条数据线。全双工制式：甲、乙两机之间数据的发送和接收可以同时进行，全双工形式的串行通信必须使用 2 条数据线。特征说明0202标准UART通信介绍UART通信四要素UART通信数据帧格式串口助手参数标准UART通信介绍UART通信四要素02波特率:用来控制通信速度的，控制每个位传输的时间长度。数据位长度:5 8位可变，决定每帧数据有效长度。校验位:奇校验、偶校验、无校验(不需要校验位)。停止位:0.5、1位、1.5位、2位可变。四要素总结标准UART通信介绍UART通信四要素02任何型号单片机集成的UART模块，也一定会实现标准UART的这四个要素，进行UART编程时初始化代码中也一定要配置

4、这四要素。异步通信数据帧格式标准UART通信介绍UART通信数据帧格式020303STM32F40 x串口模块特征介绍中断功能IO引脚分布结构框架分析波特率计算寄存器详解p通用同步异步收发器(USART)能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。pUSART 通过小数波特率发生器提供了多种波特率。p它支持同步单向通信和半双工单线通信；p还支持 LIN（局域互连网络）、智能卡协议与 IrDA（红外线数据协会）SIR ENDEC 规范，以及调制解调器操作(CTS/RTS)。p它还支持多处理器通信，通过配置多个缓冲区使用 DMA 可实现高速数据通信。概述简要框图STM32F40 x串口模块 串口概述0

5、3全双工异步通信小数波特率发生器系统：通用可编程收发波特率数据字长度可编程（8位或9位(包含校验位时)）停止位可配置：支持 1 或 2 个停止位奇偶校验控制：发送奇偶校验位、检查接收的数据字节的奇偶性标准特征四个错误检测标志：溢出错误、帧错误、奇偶校验错误传输检测标志：接收缓冲区已满：表示已经接收到数据发送缓冲区为空：表示发送缓冲已经没有数据，可以写入新数据传输结束标志：也可以做为发送新数据的依据状态标志STM32F40 x串口模块 特征介绍03发送数据寄存器为空发送完成接收数据寄存器已满接收到线路空闲中断事件单线半双工通信发送器和接收器具有单独使能位NRZ 标准格式（标记/空格）可配置为 1

6、6 倍过采样或 8 倍过采样使用 DMA（直接存储器访问）实现可配置的多缓冲区通信扩展特征奇偶校验错误帧错误CTS 变化溢出错误p发送期间：发送完成、发送数据寄存器为空中断p接收期间：空闲线路检测、上溢错误、接收数据寄存器不为空、奇偶校验错误、LIN 断路p检测、噪声标志（仅限多缓冲区通信）和帧错误（仅限多缓冲区通信）中断说明中断列表STM32F40 x串口模块 中断功能03中断事件 事件标志 使能控制位发送数据寄存器为空 TXE TXEIECTS 标志 CTS CTSIE发送完成 TC TCIE准备好读取接收到的数据 RXNERXNEIE检测到上溢错误 ORE检测到空闲线路 IDLE IDL

7、EIE奇偶校验错误 PE PEIE断路标志 LBD LBDIE多缓冲区通信中的噪声标志、上溢错误和帧错误 NF 或 ORE 或 FE EIESTM32F40X有多个串口，串口13有同步功能（非标准功能），串口4，5没有同步功能。请参考：STM32F407ZGT6.pdfIO引脚功能表查询 P56页 Table 6.STM32F40 x pin and ball definitions(continued)复用功能 表查询 P56页 Table 7.Alternate function mapping 概述pUSART1_TX:PA9 或 PB6 pUSART1_RX:PA10或 PB7p复用功

8、能：AF7 串口1STM32F40 x串口模块 IO口分布03pUSART2_TX:PA2 或 PD6 pUSART2_RX:PA3或 PD7p复用功能：AF7 串口2pUSART3_TX:PB10/PC10/PD8 pUSART3_RX:PB11/PC11/PD9p复用功能：AF7 串口3pUART4_TX:PA0 或 PC10 pUART4_RX:PA1 或 PC11p复用功能：AF8 串口4pUART5_TX:PC12 pUART5_RX:PD2p复用功能：AF8串口5IO引脚如果使用到复用功能，在初始化步骤中必须正确配置为复用功能。特别强调大图见STM32F4xx中文参考手册.pdf

9、26.3 USART 26.3 USART 功能说明 小节 图 246.USART 246.USART 框图收发框架STM32F40 x串口模块 框架分析03开发者把数据写入到DR数据寄存器中，数据自动流入TDR，当发送移位寄存器为空时，数据自动流入发送移位寄存器，在发送时钟的作用下，逐位发送到TXD引脚上。数据发送RXD引脚上的数据在接收时钟的作用下，逐位移入移位寄存器，当接收数据位达到指定长度，移位寄存器数据自动流入RDR，开发者通过DR数据寄存器把数据从RDR寄存器中取出。接收数据框架概述发送控制框架STM32F40 x串口模块 框架分析03CR1：PS,CE,M,UEP,TE，TXEI

10、E，TCIE,CR2:STOP1:0CR1：TXEIE，TCIE,SR：SR状态寄存器实时反应模块当前工作状态，与发送相关状态位是 TXE,TC，当这些位被硬件设置为1，如使能了中断，则会产生中断请求。发送控制大图见STM32F4xx中文参考手册.pdf 26.3 USART 26.3 USART 功能说明 小节 图 246.USART 246.USART 框图结构框架STM32F40 x串口模块 框架分析03CR1：PS,CE,M,UEP，RECR2:STOP1:0接收控制CR1：RXNE,IDLEIE，PEIESR：SR状态寄存器实时反映模块当前工作状态，与接收相关状态位是 RXNE,ID

11、LE,PE,ORE,NF，FE，当这些位被硬件设置为1，如果使能了中断，则会产生中断请求。接收中断控制大图见STM32F4xx中文参考手册.pdf 26.3 USART 26.3 USART 功能说明 小节 图 246.USART 246.USART 框图结构框架STM32F40 x串口模块 框架分析03BRR：由DIV_Mantissa和DIV_Fraction 组成。DIV_Mantissa：分频整数部分;DIV_Fraction：分频小数部分*16的取整波特率控制计算公式STM32F40 x串口模块 波特率计算03题目：USART1来计算，波特率为bound，求出BRR寄存器的值？计算过

12、程：usart1 的时钟为：84M；波特率为 bound，采用16倍采样速度。float usartdiv=0;u32 div_m=0;u32 div_f=0;usartdiv=84000000L/(16*bound);div_m=usartdiv;/自动取整，去掉了小数部分div_f=(usartdiv div_m)*16+0.5;/四舍五入div_m=(div_m BRR=div_m;示例p状态寄存器(USART_SR)：反映相应功能的某种状态寄存器p位 7 TXE：发送数据寄存器为空当TDR 寄存器的内容已传输到移位寄存器时，该位由硬件置 1。清零:写USART_DR 寄存器或写入零清清

13、零该位。0：数据未传输到移位寄存器；1：数据传输到移位寄存器 p位 6 TC：发送完成 如果已完成对包含数据的帧的发送并且 TXE 置 1，则该位由硬件置 1。清零：读USART_SR寄存器，然后向USART_DR寄存器写数据或向该位写入0;0：传送未完成 1：传送已完成 p位 5 RXNE：读取数据寄存器不为空 当 RDR 寄存器的内容已传输到 USART_DR 寄存器时，该位由硬件置1。读USART_DR 寄存器或向该位写0都可清零。0：未接收到数据；1：已准备好读取接收到的数据 功能说明STM32F40 x串口模块 寄存器详解03p数据寄存器(USART_DR)：p寄存器作用：用来存放要

14、发送或已接收到的数据。寄存器DR8:0：数据值，表示包含接收到数据字符或已发送的数据字符，具体取决于所执行的操作是“读取”操作还是“写入”操作。数据寄存器包含两个寄存器，一个用于发送(TDR)，一个用于接收(RDR)，因此它具有双重功能（读和写）。TDR 寄存器在内部总线和输出移位寄存器之间提供了并行接口;RDR 寄存器在输入移位寄存器和内部总线之间提供了并行接口;在使能奇偶校验位的情况下:发送:由于MSB 的写入值（位 7 或位 8，具体取决于数据长度）会被奇偶校验位所取代，因此该值不起任何作用。接收:从 MSB 位中读取的值为接收到的奇偶校验位。功能说明STM32F40 x串口模块 寄存器

15、详解03p波特比率寄存器(USART_BRR)：设置串口发送时钟的分频比寄存器STM32F40 x串口模块 寄存器详解03波特率计算公式：fck表示：USART的工作时钟(84M/42M)。Tx/Rx波特率由程序员设计，这是一个已知量。OVER8：过采样方式(16倍过采样、8倍过采样)，也是一个已知量；根据上述公式即可算出：USARTDIV。功能说明p计算 USART1 波特率设置，fck=84M，波特率为 115200，以16位采样速度。示例STM32F40 x串口模块 寄存器详解03波特率计算公式：float usartdiv;u32 div_mantissa,div_fraction.u

16、sartdiv=84000000UL/(8*(2-0)*115200.0);整数部分：div_mantissa=usartdiv;小数部分：div_fraction=(usartdiv div_mantissa)*16+0.5;最终于填入波特率寄存器的值：USART_BRR=(div_mantissa AHB1ENR|=1 MODER&=(3 4|3 MODER|=(2 6|2 OTYPER&=(1 2|1 PUPDR&=(3 4|3 PUPDR|=(1 4|1 AFR0&=(0 xf AFR0|=(0 x7 AFR0&=(0Xf AFR0|=(0 x7 APB1ENR|=1 17;/开 US

17、ART2 口时钟temp=(float)pclk1/(bound*16);/得到USARTDIV,OVER8设置为0mantissa=temp;/得到整数部分fraction=(temp-mantissa)*16;/得到小数部分,OVER8设置为0mantissa BRR=mantissa;/设置计算好的分频值到波特率寄存器中/控制寄存器 CR2：/CR213:12：00 选择1个停止位USART2-CR2=0;/CR115:0 16倍采样滤波/CR113:1 使能串口 CR112:0 选择8位数据/CR1 3:1 发送使能 CR12:1 接收使能USART2-CR1=0 15|1 13|0

18、12|1 3|1 CR1|=1 CR1|=1 SR&1 DR=ch;单字节接收伪代码：uint8_t uart_recv_byte(void)while(没有接收到新数据)空等待;return UART接收数据寄存器;uint8_t uart2_recv_byte(void)uint8_t data;while(USART2-SR&1 DR;return data;字符串发送伪代码：void uart_send_str(char*str)while(还有字符没有发送完成)1)调用单字节发送函数，2)数据指针指向下一个;STM32F40 x串口示例 软件编程04void uart2_send_s

19、tr(char*str)/等待上一字符发送完成 while(*str)uart2_send_byte(*str+);中断程序#define UART2_BUF_LEN 256 /接收缓冲区大小u8 uart2_recv_bufUART2_BUF_LEN=0;/定义接收缓冲区uint32_t uart2_flag,uart2_recv_cnt;/保存接收完成标志,接收字符读数器void USART2_IRQHandler(void)uint32_t s;s=USART2-SR;/读取状态寄存器 /每收到一个字符会产生接收中断，此时读取数据寄存器数据保存到数组中 if(s&1 5)/位 5 RXN

20、E：接收数据到数组，清中断标志，增加接收读数器变量值 /空闲中断，表示本次接收已经完成，可以把数据拿去处理了 if(s&1 4)/位 4 IDLE：检测到空闲线路 清空空闲中断标志，清接收计数器，给数组数据增加结束标志(可选)，STM32F40 x串口示例 软件编程040505STM32F40 x串口作业作业概述作业任务描述作业概述根据本章内容讲解，编写代码，练习串口接收数据和发送数据功能实现。作业任务1.作业：根据信盈达物联网实验箱硬件原理图，以查询方式实现电脑串口助手控制LED灯。“led1 on”led1灯亮 “led1 off”led1灯灭 .“led4 on”led4灯亮 “led4 off”led4灯灭2.作业：根据信盈达物联网实验箱硬件原理图，使用空闲中断实现非定长数据接收。“led1 on”led1灯亮 “led1 off”led1灯灭 .“led4 on”led4灯亮 “led4 off”led4灯灭STM32F40 x串口作业0506致谢ACKNOWLEDGEMENTS感谢聆听，如有不足之处敬请指出，欢迎提出您的宝贵建议！致谢