STM32 串口通讯

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# 串口通讯分类

* UART	通用异步收发器
* USART 通用同步异步收发器

USART 在 UART 基础上添加了同步功能，即 USART 是 UART 的增强型，当我们使用 USART 在异步通信的时候，它与 UART 没有什么差别，可是用在同步通信的时候，差别就非常明显了：同步通信须要时钟来触发数据传输，也就是说 USART 相对UART的差别之中的一个就是能提供主动时钟。如STM32的 USART 能够提供时钟支持 ISO7816 的智能卡接口。

# 管脚

CTS 用来检测是否传输完成，RTS 用来发送接收成功信号，CTS 与 RTS 交叉相连。

> A 单片机给 B 单片机发送数据，B 单片机接收成功后，会在 RTS 脚上发送一个低脉冲，告诉 A 单片机，数据接收成功了；同样的 A 单片机一旦在 CTS 引脚上收到低电平，说明发送给 B 单片机的数据已经被成功接收了。表明整个传输过程中没有出现错误。

CLK 是时钟线，主要用于同步通讯，用来同步两边的时钟。

数据口在不发送数据的时候，处于高电平。
当准备发送数据的时候，会变为低电平，这个叫做起始位。
起始位之后，会有 8~9 个数据位。
接着是一个奇偶校验位。
最后会变回高电平，这个叫停止位。
![image-20220314163037452](https://0x1.ink/usr/uploads/2023/12/473418555.png)

- 起始位：在进行数据传输时，数据线处于高电平状态。准备开始传输数据时，传输线会被从高电平拉到低电平，并持续一个时钟周期。当 UART 接收端检测到高到低的脉冲时，开始以波特率的频率读取数据帧中的位。
- 数据帧：如果使用了奇偶校验位，数据位可以为 5~8 位，否则数据位可以是9位，使用 9 位数据位的串口传输方式不常用。在大多数情况下，数据是从最低有效位开始发送的。
- 奇偶校验位：在 UART 接收端读取数据帧后，会计算值为 1 的位的总数，并检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位是 0（偶数校验），数据帧中 1 的总数应该是偶数。如果奇偶校验位是1（奇数校验），数据框中的1位或逻辑高位的总数应该是一个奇数。
- 停止位：为了发送数据帧结束的信号，UART 发送端需要将数据传输线由低电压变为高电压，持续 1 到 2 个位。

参考资料: [UART: A Hardware Communication Protocol Understanding Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (analog.com)](https://www.analog.com/media/en/analog-dialogue/volume-54/number-4/uart-a-hardware-communication-protocol.pdf)

# STM32CubeIDE 配置串口

在Connectivity里选择对应串口，再选择所需要配置的模式即可
![image-20220223164951707](https://0x1.ink/usr/uploads/2023/12/2974200273.png)
可以看到 USART 模式下串口会增加一条 CK 时钟同步信号
![image-20220223165031838](https://0x1.ink/usr/uploads/2023/12/1704603373.png)
# 重定向 `printf()`/`scanf()`函数

## Keil ARMCC 编译环境下

### 使用微库（支持`printf()`/`scanf()`函数）

1. 使用微库(平台式keil-MDK），点击“魔术棒” Target标签下有个Use MicroLIB---勾选。

2. 包含头文件: #include "stdio.h"

3. Printf 重定向，修改 fputc() 函数的内容，在串口的初始化文件中添加如下代码

```c
/* USER CODE BEGIN 0 */
#if (defined(__CC_ARM) && defined(__MICROLIB))
#include <stdio.h>
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#define GETCHAR_PROTOTYPE int fgetc(FILE *f)
#elif (defined(__CC_ARM) && !defined(__MICROLIB))
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#pragma import(__use_no_semihosting)
typedef struct __FILE
{
    int handle;
}FILE;

FILE __stdout;

void _sys_exit(int x)
{
    x = x;
}
#endif

/**
  * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
    /* Place your implementation of fputc here */
    /* e.g. write a character to the USART2 and Loop until the end of transmission */
    while (HAL_OK !=     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY))
    {
        ;
    }
    return ch;
}

/**
  * @brief  Retargets the C library scanf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
#if (defined(__CC_ARM) && defined(__MICROLIB))
GETCHAR_PROTOTYPE
{
    /* Place your implementation of fgetc here */
    /* e.g. readwrite a character to the USART2 and Loop until the end of transmission */
    uint8_t ch = 0;
    while (HAL_OK != HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY))
    {
        ;
    }
    return ch;
}
#endif
/* USER CODE END 0 */
```

### 不使用微库（仅支持`printf()`函数）

代码同上（已整合）

## Clion / STM32CubeIDE GCC 编译环境下

**仅支持`printf()`函数**
在串口的初始化文件中添加如下代码

```c
/* USER CODE BEGIN 0 */
#if (defined(__GNUC__) && !defined(__CC_ARM))
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)

/**
  * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
    /* Place your implementation of fputc here */
    /* e.g. write a character to the USART2 and Loop until the end of transmission */
    while (HAL_OK != HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY))
    {
        ;
    }
    return ch;
}
#endif
/* USER CODE END 0 */
```

不要忘记引入头文件 `stdio.h`
需要注意的是，在 GCC 环境下，getchar() 的 __io_getchar() 实现有问题，轮询和中断方式的 `scanf()`都无效，DMA有效。下面有针对轮询方式（中断方式是否可用还没验证）一个解决方案，重新实现了`_read()`函数，将其中的`len`指定为 1。这么做对于串口发送来的数据为整数时是没有问题的，但是如果串口发送来的数据是小数，可能会引发一些问题（已知 scanf("%lu", &uint32Val)，实际发送一个小数，程序就不能再次进入scanf），不建议使用。

不要尝试直接使用下面的代码，下面的代码本意是想用一串通用代码在不同编译环境中使用，但是实际使用时遇到了一些匪夷所思的问题（不使用微库时，时而能编译时而不能编译，很离谱，但是事实就是这样：`stm32printf\stm32printf.axf: Error: L6200E: Symbol __stdout multiply defined (by stdio_streams.o and usart.o).`。遇到这个问题时需要先勾选微库编译一遍，再取消勾选微库重新编译，可能还要多试几次。）

```c
/* USER CODE BEGIN 0 */
#if (defined(__GNUC__) && !defined(__CC_ARM))
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#define GETCHAR_PROTOTYPE int __io_getchar(void)
extern int __io_getchar(void) __attribute__((weak));
int _read(int file, char *ptr, int len)
{
    int DataIdx;

len = 1;
    for (DataIdx = 0; DataIdx < len; DataIdx++)
    {
        *ptr++ = __io_getchar();
    }

return len;
}
#elif (defined(__CC_ARM) && defined(__MICROLIB))
#include <stdio.h>
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#define GETCHAR_PROTOTYPE int fgetc(FILE *f)
#elif (defined(__CC_ARM) && !defined(__MICROLIB))
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#pragma import(__use_no_semihosting)
typedef struct __FILE
{
    int handle;
}FILE;

FILE __stdout;

void _sys_exit(int x)
{
    x = x;
}
#endif

/**
  * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
    /* Place your implementation of fputc here */
    /* e.g. write a character to the USART2 and Loop until the end of transmission */
    while (HAL_OK != HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY))
    {
        ;
    }
    return ch;
}

/**
  * @brief  Retargets the C library scanf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
#if ((defined(__GNUC__) && !defined(__CC_ARM)) || (defined(__CC_ARM) && defined(__MICROLIB)))
GETCHAR_PROTOTYPE
{
    /* Place your implementation of fgetc here */
    /* e.g. readwrite a character to the USART2 and Loop until the end of transmission */
    uint8_t ch = 0;
    while (HAL_OK != HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY))
    {
        ;
    }
    return ch;
}
#endif
/* USER CODE END 0 */
```

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最后编辑于: 2023 年 12 月 2 日 09 时 00 分