STM32CubeMX完成USART串口通信

目录
一、串口协议
二、STM32CubeMX安装
三、STM32的USART串口通信程序
四、观察波形
五、总结

一、串口协议

1、USART介绍
嵌入式开发中，UART串口通信协议是我们常用的通信协议（UART、I2C、SPI等）之一，全称叫做通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），是异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，它能将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。
2、功能框图

3、UART通信协议
1）起始位
　　当未有数据发送时，数据线处于逻辑“1”状态；先发出一个逻辑“0”信号，表示开始传输字符。
2）数据位
　　紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。
3）奇偶校验位
　　资料为加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），以此来校验资料传送的正确性。
4）停止位
　　它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
5）空闲位或起始位
　　处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送，进入空闲状态。
　　处于逻辑“0”状态，表示开始传送下一数据段。
6）波特率
　　表示每秒钟传送的码元符号的个数，是衡量数据传送速率的指标，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。
　　常用的波特率有：9600、115200……
　　时间间隔计算：1秒除以波特率得出的时间，例如，波特率为9600的时间间隔为1s / 9600（波特率） = 104us。
4、
1）串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口 （Serial Interface）是指数据一位一位地顺序传送。其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一般是电脑后面的9针梯形接口，通常采用RS232信号。
2）RS-232：也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座（DB25），后来使用简化为9芯D型插座（DB9）。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。
3）TTL电平：TTL电平信号规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”(采用二进制来表示数据时)。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术
4）USB转TTL：USB接口和TTL串口无法直接通信，因为接口不匹配，电平也不匹配，需要借助外围的设备来实现接口与电平的转换。常规操作是使用CH340、CP2102这种芯片。

二、STM32CubeMX安装及使用

（一）STM32Cubemx安装
1、安装jdk环境
下载地址：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-downloads.html
2、安装STM32CubeMX
下载地址：https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html

（1）管理员身份运行安装程序，点击next

（2）勾选accept……选项，点击next

（3）选择安装路径，可以默认安装路径也可以自己选择，路径不能有中文。点击next

（4）在弹出的页面点击确定后再点击next

（5）安装完毕后点击next

最后点击done完成安装

• 安装固体库
  运行CubeMX，选择Help下的manage选项
  选择下载版本点击install now
  
  （二）使用STM32CubeMX生成相关代码
  1、点击new project选择芯片
  
  2、点击SYS，在debug选项选择Serial Wire
  
  3、点击RCC后High Speed Clock-Crystal/Ceramic Resonator
  
  4、点击Clock Condigiguration-PLLCLK
  

5、设置对应管脚为GPIO_OUT模式

6、设置project名称、路径，以及Toolchain/IDE，然后点击右上角的GENERATE CODE.

7、加入代码
打开设置好的project目录，打开MDK-ARM文件。在keil打开项目，点击main.c

定位到主函数main的while循环，插入代码

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(1000);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(1000);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(1000);

点击魔法棒，output界面里勾选Create Hex File，Debug界面设置如下

编译
打开mcuisp，选择LED.hex文件，设置相关参数如下，并进行烧录

LED灯效果

三、USART串口通讯

（一）HAL库方式实现
1、创建新工程

• File–new project–选择STM32F103C8芯片，右上角Start Project
  
• 配置时钟。选择RCC–Crystal/Ceramic Resonasor

• 选择USART2–Mode–Asynchronous
  
• Clock Configuration–设置PLLCLK、HSE和PLLMul
  
• 中断设置，USART2–NVIC Settings–NVIC Interrupt Table
  
• 设置项目名称及路径，修改其他设置，如下：
  
• 点击Code Generator，勾选有关项目，点击GENERATE CODE
  
  2 插入代码。打开设置好的工程目录，进入MDK ARM文件，打开keil文件Hello
  
• 打开main.c文件，定位到主函数main的while循环插入以下代码

char data[]="hello windows!\n";//发送的数据
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)data, 15, 0xffff);//发送	
HAL_Delay(1000);//延时

• 点击魔法棒，分别打开Output和Debug界面，设置如下
  
  
• 串口下载
  引脚连接：
  3.3v-3
  GND-G
  TXD-PA10
  RXD-PA9
  BOOT0置1， BOOT1置0。
  打开mcuisp，选择Hello.hex文件进行烧录
  
  

(二）寄存器GPIO端口方式实现

• 打开kei，选择project→new uvision project创建新工程（ 这次无需勾选CORE和Start up）

• 选择添加asm文件后插入代码

;RCC寄存器地址映像             
RCC_BASE            EQU    0x40021000 
RCC_CR              EQU    (RCC_BASE + 0x00) 
RCC_CFGR            EQU    (RCC_BASE + 0x04) 
RCC_CIR             EQU    (RCC_BASE + 0x08) 
RCC_APB2RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x0C) 
RCC_APB1RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x10) 
RCC_AHBENR          EQU    (RCC_BASE + 0x14) 
RCC_APB2ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x18) 
RCC_APB1ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x1C) 
RCC_BDCR            EQU    (RCC_BASE + 0x20) 
RCC_CSR             EQU    (RCC_BASE + 0x24) ;AFIO寄存器地址映像            
AFIO_BASE           EQU    0x40010000 
AFIO_EVCR           EQU    (AFIO_BASE + 0x00) 
AFIO_MAPR           EQU    (AFIO_BASE + 0x04) 
AFIO_EXTICR1        EQU    (AFIO_BASE + 0x08) 
AFIO_EXTICR2        EQU    (AFIO_BASE + 0x0C) 
AFIO_EXTICR3        EQU    (AFIO_BASE + 0x10) 
AFIO_EXTICR4        EQU    (AFIO_BASE + 0x14) ;GPIOA寄存器地址映像              
GPIOA_BASE          EQU    0x40010800 
GPIOA_CRL           EQU    (GPIOA_BASE + 0x00) 
GPIOA_CRH           EQU    (GPIOA_BASE + 0x04) 
GPIOA_IDR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x08) 
GPIOA_ODR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x0C) 
GPIOA_BSRR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x10) 
GPIOA_BRR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x14) 
GPIOA_LCKR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x18) ;GPIO C口控制                   
GPIOC_BASE          EQU    0x40011000 
GPIOC_CRL           EQU    (GPIOC_BASE + 0x00) 
GPIOC_CRH           EQU    (GPIOC_BASE + 0x04) 
GPIOC_IDR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x08) 
GPIOC_ODR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x0C) 
GPIOC_BSRR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x10) 
GPIOC_BRR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x14) 
GPIOC_LCKR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x18) ;串口1控制                       
USART1_BASE         EQU    0x40013800 
USART1_SR           EQU    (USART1_BASE + 0x00) 
USART1_DR           EQU    (USART1_BASE + 0x04) 
USART1_BRR          EQU    (USART1_BASE + 0x08) 
USART1_CR1          EQU    (USART1_BASE + 0x0c) 
USART1_CR2          EQU    (USART1_BASE + 0x10) 
USART1_CR3          EQU    (USART1_BASE + 0x14) 
USART1_GTPR         EQU    (USART1_BASE + 0x18) ;NVIC寄存器地址                
NVIC_BASE           EQU    0xE000E000 
NVIC_SETEN          EQU    (NVIC_BASE + 0x0010)     
;SETENA寄存器阵列的起始地址 
NVIC_IRQPRI         EQU    (NVIC_BASE + 0x0400)     
;中断优先级寄存器阵列的起始地址 
NVIC_VECTTBL        EQU    (NVIC_BASE + 0x0D08)     
;向量表偏移寄存器的地址     
NVIC_AIRCR          EQU    (NVIC_BASE + 0x0D0C)     
;应用程序中断及复位控制寄存器的地址                                                
SETENA0             EQU    0xE000E100 
SETENA1             EQU    0xE000E104 ;SysTick寄存器地址            
SysTick_BASE        EQU    0xE000E010 
SYSTICKCSR          EQU    (SysTick_BASE + 0x00) 
SYSTICKRVR          EQU    (SysTick_BASE + 0x04) ;FLASH缓冲寄存器地址映像     
FLASH_ACR           EQU    0x40022000 ;SCB_BASE           EQU    (SCS_BASE + 0x0D00) MSP_TOP             EQU    0x20005000               
;主堆栈起始值                
PSP_TOP             EQU    0x20004E00               
;进程堆栈起始值             BitAlias_BASE       EQU    0x22000000               
;位带别名区起始地址         
Flag1               EQU    0x20000200 
b_flas              EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (0*4))               
;位地址 
b_05s               EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (1*4))               
;位地址 
DlyI                EQU    0x20000204 
DlyJ                EQU    0x20000208 
DlyK                EQU    0x2000020C 
SysTim              EQU    0x20000210 ;常数定义 
Bit0                EQU    0x00000001 
Bit1                EQU    0x00000002 
Bit2                EQU    0x00000004 
Bit3                EQU    0x00000008 
Bit4                EQU    0x00000010 
Bit5                EQU    0x00000020 
Bit6                EQU    0x00000040 
Bit7                EQU    0x00000080 
Bit8                EQU    0x00000100 
Bit9                EQU    0x00000200 
Bit10               EQU    0x00000400 
Bit11               EQU    0x00000800 
Bit12               EQU    0x00001000 
Bit13               EQU    0x00002000 
Bit14               EQU    0x00004000 
Bit15               EQU    0x00008000 
Bit16               EQU    0x00010000 
Bit17               EQU    0x00020000 
Bit18               EQU    0x00040000 
Bit19               EQU    0x00080000 
Bit20               EQU    0x00100000 
Bit21               EQU    0x00200000 
Bit22               EQU    0x00400000 
Bit23               EQU    0x00800000 
Bit24               EQU    0x01000000 
Bit25               EQU    0x02000000 
Bit26               EQU    0x04000000 
Bit27               EQU    0x08000000 
Bit28               EQU    0x10000000 
Bit29               EQU    0x20000000 
Bit30               EQU    0x40000000 
Bit31               EQU    0x80000000 ;向量表 AREA RESET, DATA, READONLY DCD    MSP_TOP            ;初始化主堆栈 DCD    Start              ;复位向量 DCD    NMI_Handler        ;NMI Handler DCD    HardFault_Handler  ;Hard Fault Handler DCD    0                   DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    0 DCD    SysTick_Handler    ;SysTick Handler SPACE  20                 ;预留空间20字节 ;代码段 AREA |.text|, CODE, READONLY ;主程序开始 ENTRY                            ;指示程序从这里开始执行 
Start ;时钟系统设置 ldr    r0, =RCC_CR ldr    r1, [r0] orr    r1, #Bit16 str    r1, [r0] ;开启外部晶振使能  ;启动外部8M晶振 ClkOk           ldr    r1, [r0] ands   r1, #Bit17 beq    ClkOk ;等待外部晶振就绪 ldr    r1,[r0] orr    r1,#Bit17 str    r1,[r0] ;FLASH缓冲器 ldr    r0, =FLASH_ACR mov    r1, #0x00000032 str    r1, [r0] ;设置PLL锁相环倍率为7,HSE输入不分频 ldr    r0, =RCC_CFGR ldr    r1, [r0] orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) orr    r1, #Bit10 str    r1, [r0] ;启动PLL锁相环 ldr    r0, =RCC_CR ldr    r1, [r0] orr    r1, #Bit24 str    r1, [r0] 
PllOk ldr    r1, [r0] ands   r1, #Bit25 beq    PllOk ;选择PLL时钟作为系统时钟 ldr    r0, =RCC_CFGR ldr    r1, [r0] orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) orr    r1, #Bit10 orr    r1, #Bit1 str    r1, [r0] ;其它RCC相关设置 ldr    r0, =RCC_APB2ENR mov    r1, #(Bit14 :OR: Bit4 :OR: Bit2) str    r1, [r0]      ;IO端口设置 ldr    r0, =GPIOC_CRL ldr    r1, [r0] orr    r1, #(Bit28 :OR: Bit29)          ;PC.7输出模式,最大速度50MHz  and    r1, #(~Bit30 & ~Bit31)   ;PC.7通用推挽输出模式 str    r1, [r0]            ;PA9串口0发射脚 ldr    r0, =GPIOA_CRH ldr    r1, [r0] orr    r1, #(Bit4 :OR: Bit5)          ;PA.9输出模式,最大速度50MHz  orr    r1, #Bit7 and    r1, #~Bit6 ;10：复用功能推挽输出模式 str    r1, [r0]    ldr    r0, =USART1_BRR   mov    r1, #0x271 str    r1, [r0] ;配置波特率-> 115200 ldr    r0, =USART1_CR1   mov    r1, #0x200c str    r1, [r0] ;USART模块总使能 发送与接收使能 ;71 02 00 00   2c 20 00 00 ;AFIO 参数设置             ;Systick 参数设置 ldr    r0, =SYSTICKRVR           ;Systick装初值 mov    r1, #9000 str    r1, [r0] ldr    r0, =SYSTICKCSR           ;设定,启动Systick mov    r1, #0x03 str    r1, [r0] ;NVIC                     ;ldr   r0, =SETENA0 ;mov   r1, 0x00800000 ;str   r1, [r0] ;ldr   r0, =SETENA1 ;mov   r1, #0x00000100 ;str   r1, [r0] ;切换成用户级线程序模式 ldr    r0, =PSP_TOP                   ;初始化线程堆栈 msr    psp, r0 mov    r0, #3 msr    control, r0 ;初始化SRAM寄存器 mov    r1, #0 ldr    r0, =Flag1 str    r1, [r0] ldr    r0, =DlyI str    r1, [r0] ldr    r0, =DlyJ str    r1, [r0] ldr    r0, =DlyK str    r1, [r0] ldr    r0, =SysTim str    r1, [r0]           
;主循环            
main            ldr    r0, =Flag1 ldr    r1, [r0] tst    r1, #Bit1                 ;SysTick产生0.5s,置位bit 1 beq    main                  ;0.5s标志还没有置位       ;0.5s标志已经置位 ldr    r0, =b_05s                ;位带操作清零0.5s标志 mov    r1, #0 str    r1, [r0] bl     LedFlas mov    r0, #'h' bl     send_a_charmov    r0, #'e' bl     send_a_charmov    r0, #'l' bl     send_a_charmov    r0, #'l' bl     send_a_charmov    r0, #'o' bl     send_a_charmov    r0, #' ' bl     send_a_charmov    r0, #'w' bl     send_a_charmov    r0, #'i' bl     send_a_charmov    r0, #'n' bl     send_a_charmov    r0, #'d' bl     send_a_charmov    r0, #'o' bl     send_a_charmov    r0, #'w' bl     send_a_charmov    r0, #'s' bl     send_a_charmov    r0, #'\n' bl     send_a_charb      main             ;子程序 串口1发送一个字符 
send_a_char push   {r0 - r3} ldr    r2, =USART1_DR   str    r0, [r2] 
b1 ldr    r2, =USART1_SR  ldr    r2, [r2] tst    r2, #0x40 beq    b1 ;发送完成(Transmission complete)等待 pop    {r0 - r3} bx     lr                 
;子程序 led闪烁 
LedFlas      push   {r0 - r3} ldr    r0, =Flag1 ldr    r1, [r0] tst    r1, #Bit0 ;bit0 闪烁标志位 beq    ONLED        ;为0 打开led灯 ;为1 关闭led灯 ldr    r0, =b_flas mov    r1, #0 str    r1, [r0] ;闪烁标志位置为0,下一状态为打开灯 ;PC.7输出0 ldr    r0, =GPIOC_BRR ldr    r1, [r0] orr    r1, #Bit7 str    r1, [r0] b      LedEx 
ONLED       ;为0 打开led灯 ldr    r0, =b_flas mov    r1, #1 str    r1, [r0] ;闪烁标志位置为1,下一状态为关闭灯 ;PC.7输出1 ldr    r0, =GPIOC_BSRR ldr    r1, [r0] orr    r1, #Bit7 str    r1, [r0] 
LedEx        pop    {r0 - r3} bx     lr ;异常程序 
NMI_Handler bx     lr HardFault_Handler bx     lr SysTick_Handler ldr    r0, =SysTim ldr    r1, [r0] add    r1, #1 str    r1, [r0] cmp    r1, #500 bcc    TickExit mov    r1, #0 str    r1, [r0] ldr    r0, =b_05s  ;大于等于500次 清零时钟滴答计数器 设置0.5s标志位 ;位带操作置1 mov    r1, #1 str    r1, [r0] 
TickExit    bx     lr ALIGN            ;通过用零或空指令NOP填充,来使当前位置与一个指定的边界对齐 END

点击魔法棒，Output和Debug设置和前面相同。
进行串口下载，连接对应引脚和端口，打开mcuisp烧录

串口调试

四、观察波形

（一）流水灯波形
1、寄存器方式
具体过程详见博客
波形分析图

2、HAL库方式
打开逻辑分析仪

添加引脚，设置Displayn Type为bit

点左上角的Run(F5),

（二）串口协议
(1）寄存器方式
编译并调试程序，打开菜单栏的serial windows中的UART#1和逻辑分析仪，添加USART1_SR,设置Display Type 为Bit。
波形图如下：

（2）HAL库方式
打开菜单栏的serial windows中的UART#1和逻辑分析仪，添加USART2_SR,设置Display Type 为Bit。
波形图如下：

五、总结

感谢实现项目过程中的同学帮助指导和不知名的几位博主的资料参考，其实这本应该是一次比较容易实现的实验，但是自己的软件太不给力，实验任务做到一半，剩下的过程大半时间花在恢复keil5的正常使用上，因为在过程中出现了keil5不能编译程序调试程序或者说无法输出hello windows这样那样的错误，上网多方查询解决方法却不能如愿改好，拖到后面才如愿完成这次的实验项目任务，看来自己的独立解决能力还有待提高。