串口的工作模式是什么？

1、串口通信过程






其中STM32的通信管脚（TXD和RXD）->CH340->CH340的D+和D-管脚->转USB（MiniA/B）->电脑
2、串口的通信方式分为并行通信和串行通信。

• 并行通信：数据各个位同时传输。优点：传输速度快。缺点：成本高，占用资源多。
  
• 串行通信：数据逐位传输。 优点：成本低。 缺点：传输速度慢。
  
  

3、串口的工作模式

• 单工(a)：数据传输方向只能在一个方向传输。
  
• 半双工(b)：数据可以在两个方向进行传输，但是在一个时间段内只能允许单方向传输。
  
• 双工(c)：数据在任何时间段内可以两个方向进行传输
  
  

同时也分为同步通信（有时钟同步信号）和异步通信（没有时钟同步信号）。

4、串口的基本概念

串口通信	老师授课，学生记笔记
串口通信的双方的数据帧必须一样。举例：STM32和电脑进行串口通信时，STM32数据帧和电脑串口助手的数据帧必须设成一致的。	老师与学生交流的语言需双方都会
“波特率”必须一样，即串口通讯双方的数据传输速率必须一致。	老师说话的速度要适当，使得学生能将笔记100%记录下来。

4.1、串口数据帧格式

• 一帧数据 = 1位起始位+x位数据位+1校验位+1位停止位。如上图所示，x等于8。
  
• 假如STM32F407ZGT6需要发送一个字节的数据0x5A给电脑，发送时，不能只发送有效数据0x5A，在发送的时候，需要发送起始位、校验位、停止位。
  
• 起始位：标志着数据传输的开始，用1位低电平来表示。
  
• 停止位：标志着数据传输的结束，用n位高电平来表示，n由用户来设置。
  
• 校验位：为了保证数据传输的准确而加入校验位，校验分“奇校验”和“偶校验”。①奇校验：让原有数据序列（包括校验位）中的‘1’的个数为奇数个，举例：1000110（0）。②偶校验：让原有数据序列（包括校验位）中的‘1’的个数为偶数个，举例：1000110（1）。
  
• 数据位：数据位的位数根据不同的芯片会不一样。
  
  

4.2 波特率
波特率，又叫做比特率，每秒钟传输的位数。常用的波特率：9600bit/s，115200bit/s.
4.3、串口控制器框图

• 当给TDR寄存器赋值时，数据会通过移位寄存器发送到芯片外部
  
• 接收数据时是一位一位的接收，当接收到8位数据时，数据会从“接收移位寄存器”搬到“接收数据寄存器”RDR。
  
• IO管脚需要配置为复用功能模式：TX配置复用功能输出、RX配合为复用功能输入。
  
• 每一个IO管脚的复用功能有很多，都是由“GPIO 复用功能寄存器 ”来进行选择。
  
• 具有上拉或下拉功能的复用功能推挽：
  
  

输出时：复用功能推挽
输入时：复用功能+上下拉

• 具有上拉或下拉功能的复用功能开漏
  
  

输出时：复用功能开漏
输入时：复用功能+上下拉
4.4、复用功能
打开stm32F407ZGT6的数据手册





PA9的复用功能7：串口1的TX功能
PA10的复用功能7：串口1的RX功能
4.5、相关寄存器

• 作用：选择第几复用功能
  
• 复用功能寄存器分为：高、低两个寄存器，这两个寄存器都是32位有效，每一位都可读可写
  
• 复用功能寄存器4位为1小组，分别是AFL0~AFL7、AFH8~AFH15
  
• AFL0~AFL7 是和GPIOx0~GPIOx7一一对应，AFH8~AFH15和GPIOx8~GPIOx15一一对应。
  
• 4位为1小组，四位有16种情况：
  
  

举例：
PA9的选择为复用功能7，即AF7，对应的代码如下：GPIOA->AFRH |= 7<<4 ;
PA10的选择为复用功能7，即AF7，对应的代码如下：GPIOA->AFRH |= 7<<8;
注意：STM32底层没有AFRH和AFRL寄存器，底层是封装成一个数组AFR[2]，ARF[0]代表AFRL寄存器，AFR[1]代码AFRH寄存器，所以上面的代码应该写成：GPIOA->AFR[1] |= 7<<4 ;   GPIOA->AFR[1] |= 7<<8 ;
控制寄存器1（USART_CR1）





其中：





我的总结：16倍过采样，出错率更低。可通过编程 USART_CR1 寄存器中的 OVER8 位来选择采样方法，且采样时钟可以是波特率
时钟的 16 倍或 8 倍
根据应用：
● 选择 8 倍过采样 (OVER8=1) 以获得更高的速度（高达 fPCLK/8）。这种情况下接收器对时钟偏差的最大容差将会降低
● 选择 16 倍过采样 (OVER8=0) 以增加接收器对时钟偏差的容差。这种情况下，最大速度限制为最高 fPCLK/16





配置好串口的所有功能，在使能串口前，必须使能串口。
举例：使能串口1 USART1->CR1 |= 1<<13;





设置数据帧
举例：将串口1的数据帧设置为“1 起始位， 8 数据位， n 停止位 ” USART1->CR1 &=~(1<<12)。





奇偶校验使能。
举例：禁止串口1的奇偶校验 USART1->CR1 &=~(1<<10);





就校验选择位
举例：串口1的校验方法选择位偶校验 USART1->CR1 &=~(1<<9);





串口是全双工，内部有发送 器和接收器，发送器的使能是通过该位 来进行设置的
举例：使能串口1的发送器USART1->CR1 |= 1<<3;





串口是全双工，内部有发送器和接收器，接收器的使能是通过该位来进行设置的
举例：使能串口1的接收器 USART1->CR1 |= 1<<2;
数据寄存器（USART_DR）
因为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）。
举例：
①串口1发送一个字节0x5A   USART1->DR = 0x5A;
②串口1接收一个字节数据  u8 data;Data = USART1->DR;
控制寄存器 2 (USART_CR2)










状态寄存器 (USART_SR)





位 7 TXE：发送数据寄存器为空 (Transmit data register empty)
0：数据未传输到移位寄存器
1：数据传输到移位寄存器 (并不意味着发送完成)
位 6 TC：发送完成 (Transmission complete)
0：传送未完成
1：传送已完成
硬件置1
软件清零，清零方法：
①先读取 USART_SR 寄存器，然后写入USART_DR 寄存器，可以清零
②也可以通过向该位写入‘0’来清零。
用法如下：
判断TC为1则串口接收到一个字节的数据
①串口1发送一个字节0x5A
USART1->DR = 0x5A;
While(!(USART1->SR&(1<<6)));  //SR寄存器的位6为1则表明成功发送一个字节数据，跳出循环
USART1->SR &=~(1<<6);  //清零
位 5 RXNE：接收数据寄存器不为空 (Read data register not empty)
0：未接收到数据
1：已收到的数据
该 位 由 硬 件 置 1
软件清零，清零方法：
①通过对 USART_DR 寄存器执行读取操作将该位清零。
② RXNE 标志也可以通过向该位写入零来清零。
用法如下：
判断RXNE为1则表明数据接收成功
串口1接收一个字节数据
u8 data;
While(!(USART1->SR&(1<<5)));
data = USART1->DR;
RCC APB2 外设时钟使能寄存器 (RCC_APB2ENR)





位4 置1使能串口1的84MHZ时钟
波特率寄存器 (USART_BRR)





位 15:4 DIV_Mantissa[11:0]： USARTDIV 的整数
这 12 个位用于定义 USART 除数 (USARTDIV) 的尾数
位 3:0 DIV_Fraction[3:0]： USARTDIV 的小数
这 4 个位用于定义 USART 除数 (USARTDIV) 的小数。
当 OVER8 = 1 时，不考虑 DIV_Fraction3位，且必须将该位保持清零
举例：设置串口1波特率115200的
Tx/Rx 波特率  = fCK/(8*(2- OVER8 )* USARTDIV)
USARTDIV =  fCK/8*(2- OVER8 )/TxRx 波特率
假如OVER8为1
115200 = fCK/(8* USARTDIV)
USARTDIV = fCK/115200/8
USARTDIV = 84000000/115200/8
等于91.1458
91写入USART1->BRR寄存器的位 15:4 DIV_Mantissa[11:0]
小数0.1458需要乘以16，强制转换为整数后，写入位 位 3:0 DIV_Fraction[3:0]
其中fcK=84MKZ是已知值





5·软件设计

其中PA9->RXD,PA10->TXD





软件设计步骤：

• 使能GPIOA口的时钟
  
• 配置PA10、PA9位复用功能
  
• 选择复用功能
  
• 使能串口的时钟
  
• 设置数据帧格式
  
• OVER8设置为1
  
• 将串口1的数据帧设置为“1 起始位， 8 数据位， n 停止位 ”
  
• 1位停止位
  
• 禁止奇偶校验
  
• 设置波特率
  
• 使能发送器
  
• 使能接收器
  
• 使能串口
  
  

寄存器版

#include "stm32f4xx.h"
void usart1_Init()
{
        u16 integer ;
        u16 fraction;
        float USARTDIV;
        u32 baudRate = 115200;
        RCC->AHB1ENR |= 1<<0;//使能GPIOA的时钟  RCC_AHB1ENR
        GPIOA->MODER &= ~(3<<18);//清零
        GPIOA->MODER |= 2<<18;//设置PA9为复用功能模式MODER
        GPIOA->MODER &= ~(3<<20);//清零
        GPIOA->MODER |= 2<<20;//设置PA10为复用功能模式MODER
        GPIOA->AFR[1]&= ~(0XF<<4);//清零
        GPIOA->AFR[1]|= (7<<4);//设置PA9的复用功能为第7复用功能 RXD, AFRH
        GPIOA->AFR[1]&= ~(0XF<<8);//清零
        GPIOA->AFR[1]|= (7<<8);//设置PA10的复用功能为第7复用功能 TXD, AFRH
       
        RCC->APB2ENR |= 1<<4;//使能串口1模块时钟 RCC_APB2ENR
        USART1->CR1  |= 1<<15;//设置串口OVER8为1
        USART1->CR1  &= ~(1<<12);//设置串口数据位长度 :1 起始位， 8 数据位
        USART1->CR2 &=~(3<<12);//设置串口停止位长度 :1 个停止位
        USART1->CR1 &= ~(1<<10);//无校验
        USART1->CR1 |= 1<<3;//发送使能
        USART1->CR1 |= 1<<2;//接收使能
        USARTDIV = 84000000/8/baudRate;//串口波特率设置：USARTDIV = fCK/(8*(2-OVER8) /波特率
        integer = (u16)USARTDIV;
        fraction = ((u16)(USARTDIV-integer))<<4;
        USART1->BRR |= integer<<4 | fraction;
        USART1->CR1 |= 1<<13;//使能串口
}

int main(void)
{
        u8 res;       
        usart1_Init();
        while(1)
        {
                if(USART1->SR&(1<<5))//接收到数据
                {         
                        res=USART1->DR;
                        if(res == 0x0D || res == 0x0A)
                                continue;
                        USART1->DR = res+1;//将接受的+1返回
                        while(!(USART1->SR&(1<<6)));  //SR寄存器的位6为1则表明成功发送一个字节数据，跳出循环
                        USART1->SR &=~(1<<6);  //清零                       
                }
        }
}