串口通信控制流水灯的应用开发课件

二、知识链接——STM32F4的通用同步异步收发器介绍
2. USART的数据寄存器
通过USART收发的数据都由数据寄存器USART_DR（UART则对应UART_DR）存放，实际 上该寄存器包含了两个寄存器：可写寄存器TDR和可读寄存器RDR，前者专门用于发送，后者专 门用于接收。
USART收发数据寄存器功能框图
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——STM32F4的USART编程配置步骤
7. 编写USART中断服务子程序
然后在中断服务子程序的出口，需要将相应的中断标志位清除，以便下次中断来时使用。
void USART1_IRQHandler(void)
{
u8 Res, forClear;
//使能USART1时钟 //使能GPIOA时钟
2. GPIO端口复用映射
STM32F4微控制器有很多内置外设，内置外设的引脚是和GPIO复用的，而且一般一个GPIO 引脚可复用为多种不同的外设。如PA10引脚，可根据需要复用为USART1的RX引脚、TIM1_CH3 （定时器1的通道3）或OTG_FS_ID等。因此在外设功能初始化时，需要明确指定将某个GPIO口复 用为哪种外设的引脚。调用如下函数可将PA9和PA10引脚分别复用为USART1的TX和RX引脚。
二、知识链接——STM32F4的USART编程配置步骤
3. GPIO引脚的工作模式配置
执行以下代码可实现USART1的GPIO引脚的工作模式配置：
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
本项目的学习目标如下：
掌握STM32微控制器GPIO的控制原理和编程使用细节； 掌握STM32微控制器NVIC中断优先级管理的原理和编程使用细节； 掌握STM32微控制器USART串口通信总线的控制原理和编程使用细节； 能实现STM32输入输出模块的应用开发； 会编写STM32微控制器的外部中断服务程序。 会编写常见的串口读写函数；
在电子产品开发领域，常见的电平信号有TTL电平、CMOS电平、RS-232电平与USB电平等。 由于它们对于逻辑“1”和逻辑“0”的表示标准有所不同，因此在不同器件之间进行通信时，要 特别注意电平信号的电气特性。
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——串行通信的基本知识
2. 常见的电平信号及其电气特性
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); //PA9复用为USART1_TX GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); //PA10复用为USART1_RX
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——STM32F4的USART编程配置步骤
6. 使能USART
当串口1配置完成后，应调用函数USART_Cmd函数进行串口的使能，使用以下代码可 使能串口1。
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
//使能串口1
7. 编写USART终端服务子程序
目前常见串行通信接口标准有RS-232、RS-422和RS-485等，它们由美国电子工业协会 （Electronic Industries Association，EIA）发布。本节主要学习RS-232标准相关的内容。
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——串行通信的基本知识
2. 常见的电平信号及其电气特性
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
一、任务分析
本任务要求设计一个LED流水灯系统，该系统与上位机之间通过串行通信接口相连。上位机可发 送命令对LED流水灯系统进行控制，具体要求如下： LED亮灯模式有三种： 模式一（两个LED灯以2秒为周期切换轮流点亮，以此循环往复）； 模式二（两个LED灯同时亮0.2秒，然后同时灭0.8秒，以此循环往复）； 模式三（两个LED灯同时亮0.8秒，然后同时灭0.2秒，以此循环往复）。
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——STM32F4的通用同步异步收发器介绍
3. USART的发送控制与接收控制
USART发送与接收控制单元功能框图
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——STM32F4的通用同步异步收发器介绍
4. USART的中断控制
STM32F4的USART支持多种中断事件，与发送有关的中断有：发送完成、清除以发送（CTS标志） 和发送数据寄存器为空；与接收有关的中断有：接收数据寄存器不为空、检测到空闲线路、检测到上溢 错误、奇偶校验错误、检测到LIN断路、多缓冲通信中的噪声标志、上溢错误和帧错误。
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——串行通信的基本知识
1. 什么是串行通信？
在计算机网络与分布式工业控制系统中，设备之间经常通过各自配备的标准串行通信接口， 加上合适的通信电缆实现数据与信息的交换。
所谓“串行通信”是指外设和计算机之间，通过数据信号线、地线与控制线等，按位进行传 输数据的一种通信方式。
//收发模式设置
uint16_t USART_HardwareFlowControl;
//是否启用流控设置
} USART_InitTypeDef;
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二、知识链接——STM32F4的USART编程配置步骤
4. USART工作参数配置
执行以下代码可将USART1设置为115200bps波特率、数据长度8bit、一个停止位、无奇偶校 验、不启用流控、同时使能接收与发送功能。
二、知识链接——STM32F4的通用同步异步收发器介绍
1. 通用同步异步收发器概述
通用同步异步收发器的英文全称是Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter，简称USART。
STM32F407ZGT6芯片USART/UART的外部引脚分布
上位机以串行通信的方式发送命令至该系统进行LED流水灯工作模式的切换，命令 “mode_1#”、“mode_2#”、“mode_3#”分别对应模式一、模式二和模式三的控制。
本任务涉及的必备知识如下： 串行通信的基础知识； 通用同步异步收发器的工作原理； 通用同步异步收发器的配置与数据收发程序的编写技巧
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——STM32F4的USART编程配置步骤
5. 使能USART中断并设置中断优先级
USART常用的接收中断包括“准备好读取接收到的数据（RXNE）”中断和“检测到空闲线路 （IDLE）”中断，使能中断后还应配置NVIC进行优先级的设置。执行以下代码可使能上述两个中 断，并配置USART1的中断优先级。
//GPIOA9与GPIOA10 //复用功能 //速度50MHz //推挽复用输出 //上拉 //初始化PA9,PA10
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——STM32F4的USART编程配置步骤
4. USART工作参数配置
STM32F4标准外设库提供了USART_InitTypeDef结构体对USART工作参数进行配置，包括 波特率、数据帧字长、停止位、奇偶校验、是否启用流控、是否使能收发功能等，其原型定义如 下：
PA8 PA11 PA12
PG7/PC8
PG13/PG1 5
PG8/PG12
PA3/PD6 PA4/PD7 PA0/PD3 PA1/PD4
PB11/PD9/PC11 PA1/PC11 PD2 PB12/PD10/PC1
2 PB13/PD11
PB14/PD12
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
RS-232电平与TTL电平的逻辑表示对比图
DB-9连接器的公头与母头引脚定义
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——串行通信的基本知识
3. 串行通信的接口与信号连接
随着USB接口的普及，出现了一种USB电平转TTL电平的转换模块，可方便地实现上位机与外设 之间的串行通信。最少只需3根信号线：RXD、TXD与GND。常见的转换芯片型号有：CH340、 PL2303、CP2102和FT232等。
RS-232电平与TTL电平的逻辑表示对比图
任务2.3 串口通信控制流水灯的应用开发
二、知识链接——串行通信的基本知识
3. 串行通信的接口与信号连接
RS-232标准最早是为远程通信而设计的，用于连接数据终端设备（Data Teminal Equipment,DTE）与数据通信设备（Data Communication Equipment,DCE），现普遍 用于计算机之间或计算机与外设之间的近端连接。
引脚名称
APB2（最高84MHz） USART1 USART6
USART2
APB1（最高42MHz）
USART3
UART4 UART5
TX
PA9/PB6 PC6/PG14
PA2/PD5
PB10/PD8/PC10 PA0/PC10 PC12
RX sCLK nCTS nRTS