STM32F407的串口编程经验
串口是嵌入式开发中最常前的外设设备，既可以用作不同单片机之间的通信，也可以用作在STM32 MCU和PC机之间的通信，STM32F407的串口功能非常强大，可以接红外，可以接流控，也可以接SIM卡接口，但我这里只介绍我们最常用的UART通信的一点调试经验，以STM32F407为例，对其它STM32芯片也适用，希望对大家有所帮助，如有错误不当之处欢迎大家联系指正。
一、串口的三种工作方式操作串口一般有两种方式：查询和中断；STM32还支持第三种DMA方式。（1）查询：串口程序不断地循环查询标志，看看当前有没有数据要它传送或接收。如果有的话进行相应的写操作和读操作进行传送或接收数据。（2）中断：平时串口只要打开中断即可。如果发现有一个中断来，则意味着有数据需要接收（接收中断）或数据已经发送完成（发送中断）。（3）DMA方式，设置好DMA工作方式，由DMA来自动接收或发送数据。一般来说，查询方式的效率是比较低的，并且由于STM32的UART硬件上没有FIFO，如果程序功能比较多，查询不及时的话很容易出现数据丢失的现象， 故实际项目中这种方式用的并不多。中断方式的话我们可以分别设置接收中断和发送中断，当串口有数据需要接收时才进入中断程序进行读读操，这种方式占用CPU资源比较少，实际项目中比较常用，但需要注意中断程序不要太复杂使执行时间太长，如果执行时间超过一个字符的时间的话也会出现数据丢失的现象，这个波特率比较高的串口编程中比较容易出现，可以考虑用循环BUF方法，在中断程序中只负责实时地接收实数数和发送时的填数（写发送寄存器），其它操作放在中断外处理。STM32还提供了第三种DMA方式用来支持高速地串口传输。这种方式只要设置好接收和发送缓冲位置，可以由DMA来自动接收和发送数据，这可以最小化占用CPU时间。
二、串口的使用步骤（1）中断方式基本步骤是初试化时钟，脚位、波特率设置、安装中断服务程序、开中断等，参考代码如下：
1. voiduart_init(void)
2. {
3. USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
4. NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;
5. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
6.
7. /*Enable GPIO clock */
8. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
9.
10. /* Enable USART clock */
11. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
12.
13. /* Connect USART pins to AF7 */
14. GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART3);
15. GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource11, GPIO_AF_USART3);
16.
17. /* Configure USART Tx and Rx as alternatefunction push-pull */
18. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
19. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_100MHz;
20. GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;
21. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;
22. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
23. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
24.
25. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
26. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
27. /* USARTxconfiguration ----------------------------------------------------*/
28. /* USARTx configured as follow:
29. - BaudRate =3750000 baud
30. - Maximum BaudRate that can be achievedwhen using the Oversampling by 8
31. is: (USART APB Clock / 8)
32. Example:
33. - (USART3 APB1 Clock / 8) = (30MHz / 8) = 3750000 baud
34. - (USART1 APB2 Clock / 8) = (60 MHz / 8) =7500000 baud
35. - Maximum BaudRate that can beachieved when using the Oversampling by 16
36. is: (USART APB Clock / 16)
37. Example: (USART3 APB1 Clock / 16) = (30 MHz /16) = 1875000 baud
38. Example: (USART1 APB2 Clock / 16) = (60 MHz /16) = 3750000 baud
39. - Word Length = 8Bits
40. - one Stop Bit
41. - No parity
42. - Hardware flowcontrol disabled (RTS and CTS signals)
43. - Receiveand transmit enabled
44. */
45. USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
46. USART_InitStructure.USART_WordLength= USART_WordLength_8b;
47. USART_InitStructure.USART_StopBits =USART_StopBits_1;
48. USART_InitStructure.USART_Parity= USART_Parity_No;
49. USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl= USART_HardwareFlowControl_None;
50. USART_InitStructure.USART_Mode =USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
51. USART_Init(USART3, &USART_InitStructure);
52.
53. /* NVIC configuration */
54. /* Configure the Priority Group to2 bits */
55. NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
56.
57. /* Enable the USARTx Interrupt */
58. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
59. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
60. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 0;
61. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd =ENABLE;
62. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
63.
64. /* Enable USART */
65. USART_Cmd(USART3, ENABLE);
66. USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE,ENABLE);
67. }
68.
复制代码
中断服务程序如下：
1. voidUSART3_IRQHandler(void)
2. {
3. unsigned charch;
4. if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE)!= RESET)
5. {
6. /* Read one byte from the receive data register */
7. ch = (USART_ReceiveData(USART3));
8.
9. printf("in[%c].\r\n",ch);
10. }
11. }
复制代码
直接把接收到的字符打印出来。
（2）DMA方式基本步骤同中断方式，额外需要DMA的初始化配置，参考代码如下：
1. void uart_init(void)
2. {
3. USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
4. NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
5. GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
6. DMA_InitTypeDefDMA_InitStruct;
7.
8. /*Enable GPIO clock */
9. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
10.
11. /* Enable USART clock */
12. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
13.
14. /* Connect USART pins to AF7 */
15. GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART3);
16. GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource11, GPIO_AF_USART3);
17.
18. /* Configure USART Tx and Rx as alternatefunction push-pull */
19. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
20. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_100MHz;
21. GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;
22. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP;
23. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
24. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
25.
26. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
27. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
28. /* USARTxconfiguration ----------------------------------------------------*/
29. /* USARTx configured as follow:
30. - BaudRate =3750000 baud
31. - Maximum BaudRate that can be achievedwhen using the Oversampling by 8
32. is: (USART APB Clock / 8)
33. Example:
34. - (USART3 APB1 Clock / 8) = (30MHz / 8) = 3750000 baud
35. - (USART1 APB2 Clock / 8) = (60 MHz / 8) =7500000 baud
36. - Maximum BaudRate that can beachieved when using the Oversampling by 16
37. is: (USART APB Clock / 16)
38. Example: (USART3 APB1 Clock / 16) = (30 MHz /16) = 1875000 baud
39. Example: (USART1 APB2 Clock / 16) = (60 MHz /16) = 3750000 baud
40. - Word Length = 8Bits
41. - one Stop Bit
42. - No parity
43. - Hardware flowcontrol disabled (RTS and CTS signals)
44. - Receiveand transmit enabled
45. */
46. USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
47. USART_InitStructure.USART_WordLength= USART_WordLength_8b;
48. USART_InitStructure.USART_StopBits =USART_StopBits_1;
49. USART_InitStructure.USART_Parity= USART_Parity_No;
50. USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl= USART_HardwareFlowControl_None;
51. USART_InitStructure.USART_Mode =USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
52. USART_Init(USART3, &USART_InitStructure);
53.
54. /* DMA_Configuration */
55. DMA_DeInit(DMA1_Stream1);
56.
57. DMA_InitStruct.DMA_Channel= DMA_Channel_4;
58. DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr= (u32)&USART3->DR; //source buf
59. DMA_InitStruct.DMA_Memory0BaseAddr =(u8)pdata; //target buf
60.
61. DMA_InitStruct.DMA_DIR= DMA_DIR_PeripheralToMemory;
62. DMA_InitStruct.DMA_BufferSize =lenght; //BuffSize;
63. DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc= DMA_PeripheralInc_Disable;
64. DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
65. DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word;
66. DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize= DMA_MemoryDataSize_Byte;
67. DMA_InitStruct.DMA_Mode =DMA_Mode_Circular; //DMA_Mode_Normal;
68. DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
69. DMA_InitStruct.DMA_FIFOMode= DMA_FIFOMode_Disable;
70. DMA_InitStruct.DMA_FIFOThreshold =DMA_FIFOThreshold_HalfFull;
71. DMA_InitStruct.DMA_MemoryBurst= DMA_MemoryBurst_Single;
72. DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBurst =DMA_PeripheralBurst_Single;
73. DMA_Init(DMA1_Stream1, &DMA_InitStruct);
74.
75. /* NVIC configuration */
76. /* Configure the Priority Group to2 bits */
77. NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
78.
79. /* Enable the USARTx Interrupt */
80. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream1_IRQn;
81. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
82. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 0;
83. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd =ENABLE;
84. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
85.
86. /* Open DMA interrupt*/
87. DMA_ITConfig(DMA1_Stream1, DMA_IT_TC,ENABLE);
88. DMA_Cmd(DMA1_Stream1, ENABLE);
89. USART_Cmd(USART3, ENABLE);
90. USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);
91. }
复制代码
DMA中断服务程序如下：
1. voidDMA1_Stream1_IRQHandler(void) //UART3_RX
2. {
3. static short i;
4.
5. //Whena Transfer Complete
6. if(SET== DMA_GetITStatus(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1))
7. {
8. DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream1,DMA_IT_TCIF1);
9. i++;
10. }
11. }
复制代码
上面程序只配了DMA接收，发送类似。
三、实现DMX512协议DMX512 协议是美国剧场技术协会( United States Institute for TheaterTechnology, USITT) 制定的数字多路复用协议, 其制定的初衷是为了使舞台、剧场等地所使用的众多的调光器和控制器能相互兼容。虽然它不是一个行业或国家标准, 但是由于它的简单性和实用性, 自从出台以来, 得到了世界各地生产商和使用者普遍承认，这个协议在LED控制方面应用很广泛，利用STM32 USART可以高速传输的特性，我们很容易用STM32来实现DMX512协议。（1）数据的格式及传输DMX512 协议规定数据以数据包的形式通过异步通讯的方式进行传输。每个数据包由若干数据帧组成, 每帧数据包括1 位低电平起始位、8 位数据位和2 位高电平停止位。DMX 协议要求数据传输的波特率为250kb/s, 亦即每位的传输时间为4us, 每帧数据的传输时间为44us, 它支持多达512 帧数据传输, 每帧数据与相应的控制支路相对应。数据包的传送要符合一定的格式和时序要求。为了使接收器能够分辨出第一帧数据, 每一个数据包以一个不短于88us 的低电平信号为起始信号, 即所谓的“Break”信号, 接收器接收到“Break”信号就准备接受随后而来的数据帧; 紧接着“Break”信号之后是不短于8us 的高电平信号M. a. b ( Mark after Break) ; 之后就是数据帧。在DMX512 协议中, M. a. b 之后的第一帧数据被称为“Star-t code”, 在协议中规定其为零, 但在实际应用中可以由生产厂家自己确定其具体的值, 以传递特殊消息。“Star-t code”标明其后面的数据是8 位控制信号数据帧。数据帧之间可以有时间间隔, 也可以没有; 同样, 数据包之间可以有时间间隔, 也可以没有。DMX512 协议规定“Break”信号、M. a. b 信号的最短时间, 并规定“Break”信号、M. a. b 信号、数据帧之间及数据包之间的时间间隔的最大值不得超过1s, 否则做出错处理, 但是DMX512 协议并未对出错处理做任何规定。为了严格实现DMX512 数据的时序要求，“Break”和M. a. b信号我们可以用定时器来实现。具体的UART配置如下：
1. USART_InitStructure.USART_BaudRate= 250000;
2. USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
3. USART_InitStructure.USART_StopBits= USART_StopBits_2;
4. USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
5. USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl= USART_HardwareFlowControl_None;
6. USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
7. USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
复制代码
发送DMX512信号过程如下，先把UART的TX脚配置为普通的GPIO并输出低电平，然后启动定时器计时88us, 时器到后把TX脚置为高电平并计时8us, 时器到了后在配为UART模式用DMA方式把数据发出。DMX512信号的接收是个难点，一般直接配为UART接收就行，不需要在UART模式和GPIO模式间切换，但需要在接收过程中检查接收到“Break”信号时的状态是有帧错误出现，并且接收数据全为零，这样的话可以确认已经收到“Break”信号，随后数据正常DMA接收就行了。
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