串口通訊 (Serial Communication) 是一種設備間非常常用的串行通訊方式，因為它簡單便捷，大部分電子設備都支持該通訊方式。串口在CKS32上應用最多的莫過于“打印”程序信息，一般在硬件設計時都會預留一個串口連接電腦，用于在調試程序時可以把一些調試信息“打印”在電腦端的串口調試助手工具上，從而了解程序運行是否正確、指出程序運行出錯位置等等。

CKS32F4xx系列產品串口介紹

CKS32F4xx系列最多可提供6路串口，其中四個USART和兩個UART。USART和UART在引腳上的區(qū)別是：UART只有RX和TX引腳，而USART除了這兩個引腳之外，還有流控引腳RTS和CTS，以及時鐘引腳SCLK。CKS32F4xx系列產品的USART1和USART6時鐘來源于APB2總線時鐘，其最大頻率為84MHz，因此這兩個串口的通信速度最高可達10.5Mbit/s。而其它四個的時鐘來源于APB1總線時鐘，其最大頻率為42MHz，因此這四個串口的通信速度最高可達5.25Mbit/s。因為USART有SCLK引腳，因此CKS32F4xx系列產品的USART具有同步通信功能，而UART只有異步通信功能。同時USART還支持ISO7816的智能卡接口。但是當USART和UART都用在異步通信的時候，兩者是沒有什么區(qū)別的。CKS32F4xx系列的6個串口都支持DMA傳輸。

CKS32F4xx系列產品的串口在發(fā)送數(shù)據(jù)時，當發(fā)送使能位TE置1之后，發(fā)送器開始會先發(fā)送一個空閑幀(一個數(shù)據(jù)幀長度的高電平)，然后就可以往USART_DR寄存器寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)。在寫入最后一個數(shù)據(jù)后，需要等USART狀態(tài)寄存器(USART_SR)的TC位為1，表示數(shù)據(jù)傳輸完成，如果USART_CR1寄存器的TCIE位置1，將產生中斷。串口發(fā)送的一個字符幀由三個部分組成：起始位+數(shù)據(jù)幀+停止位。起始位是一個位周期的低電平；數(shù)據(jù)幀就是我們要發(fā)送的8位或9位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是從最低位開始傳輸?shù)模煌Ｖ刮皇且欢〞r間周期的高電平。停止位時間長短是可以通過USART控制寄存器2(USART_CR2)的STOP[1:0]位控制，可選0.5個、1個、1.5個和2個停止位。默認使用1個停止位。2個停止位適用于正常USART模式、單線模式和調制解調器模式。0.5個和1.5個停止位用于智能卡模式。

CKS32F4xx系列產品的串口在接收數(shù)據(jù)時，需要先將USART_CR1寄存器的RE 位置1，使能USART接收，使得接收器在RX線開始搜索起始位。在確定到起始位后就根據(jù)RX線電平狀態(tài)把數(shù)據(jù)存放在接收移位寄存器內。接收完成后就把接收移位寄存器數(shù)據(jù)移到RDR內，并把USART_SR寄存器的RXNE位置1，同時如果 USART_CR2寄存器的RXNEIE置1的話可以產生中斷。

CKS32F4xx系列產品控制器的USART支持奇偶校驗。當使用校驗位時，串口傳輸?shù)拈L度將是8位的數(shù)據(jù)幀加上1位的校驗位總共9位，奇偶校驗由硬件自動完成。啟動了奇偶校驗控制之后，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀時會自動添加校驗位，接收數(shù)據(jù)時自動驗證校驗位。接收數(shù)據(jù)時如果出現(xiàn)奇偶校驗位驗證失敗，則可以產生奇偶校驗中斷。使能了奇偶校驗控制后，每個字符幀的格式將變成：起始位+數(shù)據(jù)幀 +校驗位+停止位。

USART有多個中斷請求事件，具體如下表所示：在串口的中斷服務函數(shù)里，通過對這些中斷事件標志的檢測，就可以判斷出是何種事件發(fā)生，然后再做出相應的處理。

CKS32F4xx系列產品串口的配置

接下來我們講解如何利用CKS32F4xx系列固件庫來完成對串口的配置使用。首先標準庫函數(shù)定義了一個串口初始化結構體USART_InitTypeDef，結構體成員用于設置串口的工作參數(shù)，并由外設初始化配置函數(shù)USART_Init()調用，從而完成對串口相應寄存器的配置，進一步達到完成對串口配置的目的。

typedef struct 
{ 
uint32_t USART_BaudRate;   // 波特率 
uint16_t USART_WordLength; // 字長 
uint16_t USART_StopBits;    // 停止位 
uint16_t USART_Parity;      // 校驗位 
uint16_t USART_Mode;      // USART 模式 
uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控制 
} USART_InitTypeDef; 

結構體中各個成員變量的介紹及初始化時可被賦的值如下：

1) USART_BaudRate：波特率設置。一般設置為 2400、9600、19200、115200。標準庫函數(shù)會根據(jù)設定值計算得到USARTDIV值，并設置USART_BRR寄存器值。

2) USART_WordLength：數(shù)據(jù)幀字長，可選8位或9位。它設定USART_CR1 寄存器的M位的值。如果沒有使能奇偶校驗控制，一般使用8位數(shù)據(jù)幀長；如果使能了奇偶校驗則一般設置為9位數(shù)據(jù)幀長。

#define USART_WordLength_8b                  ((uint16_t)0x0000)
#define USART_WordLength_9b                  ((uint16_t)0x1000)

3) USART_StopBits: 停止位設置，可選0.5個、1個、1.5個和 2個停止位，它設定USART_CR2寄存器的STOP[1:0]位的值，一般我們選擇1個停止位。

#define USART_StopBits_1                     ((uint16_t)0x0000)
#define USART_StopBits_0_5                   ((uint16_t)0x1000)
#define USART_StopBits_2                     ((uint16_t)0x2000)
#define USART_StopBits_1_5                   ((uint16_t)0x3000)

4) USART_Parity: 奇偶校驗控制選擇，可選USART_Parity_No(無校驗)、USART_Parity_Even(偶校驗)以及USART_Parity_Odd(奇校驗)，它設定 USART_CR1寄存器的PCE位和PS位的值。

#define USART_Parity_No                      ((uint16_t)0x0000)
#define USART_Parity_Even                    ((uint16_t)0x0400)
#define USART_Parity_Odd                     ((uint16_t)0x0600) 

5) USART_Mode: USART模式選擇，有USART_Mode_Rx和USART_Mode_Tx，允許使用邏輯或運算選擇兩個，它設定USART_CR1寄存器的RE位和TE位。

#define USART_Mode_Rx                        ((uint16_t)0x0004)
#define USART_Mode_Tx                        ((uint16_t)0x0008)

6) USART_HardwareFlowControl: 硬件流控制選擇，只有在硬件流控制模式才有效，可選使能RTS、使能CTS、同時使能RTS和CTS、不使能硬件流。

#define USART_HardwareFlowControl_None       ((uint16_t)0x0000)
#define USART_HardwareFlowControl_RTS        ((uint16_t)0x0100)
#define USART_HardwareFlowControl_CTS        ((uint16_t)0x0200)
#define USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS    ((uint16_t)0x0300)

當使用同步模式時需要配置SCLK引腳輸出脈沖的屬性，標準庫使用一個時鐘初始化結構體USART_ClockInitTypeDef來設置，不使用時不需要設置。

typedef struct 
{ 
uint16_t USART_Clock; // 時鐘使能控制 
uint16_t USART_CPOL; // 時鐘極性 
uint16_t USART_CPHA; // 時鐘相位 
uint16_t USART_LastBit; // 最尾位時鐘脈沖 
} USART_ClockInitTypeDef; 

結構體中各個成員變量的介紹及初始化時可被賦的值如下：

1) USART_Clock: 同步模式下SCLK引腳上時鐘輸出使能控制，可選禁止時鐘輸出(USART_Clock_Disable)或開啟時鐘輸出(USART_Clock_Enable)；如果使用同步模式發(fā)送，一般都需要開啟時鐘。它設定USART_CR2寄存器的CLKEN位的值。

#define USART_Clock_Disable                  ((uint16_t)0x0000)
#define USART_Clock_Enable                   ((uint16_t)0x0800)

2) USART_CPOL: 同步模式下SCLK引腳上輸出時鐘極性設置，可設置在空閑時SCLK引腳為低電平(USART_CPOL_Low)或高電平(USART_CPOL_High)。它設定USART_CR2寄存器的CPOL位的值。

#define USART_CPOL_Low                       ((uint16_t)0x0000)
#define USART_CPOL_High                      ((uint16_t)0x0400)

3) USART_CPHA: 同步模式下SCLK引腳上輸出時鐘相位設置，可設置在時鐘第一個變化沿捕獲數(shù)據(jù)(USART_CPHA_1Edge)或在時鐘第二個變化沿捕獲數(shù)據(jù)。它設定USART_CR2寄存器的CPHA位的值。USART_CPHA與USART_CPOL配合使用可以獲得多種模式時鐘關系。

#define USART_CPHA_1Edge                     ((uint16_t)0x0000)
#define USART_CPHA_2Edge                     ((uint16_t)0x0200)

4) USART_LastBit: 選擇在發(fā)送最后一個數(shù)據(jù)位的時候時鐘脈沖是否在 SCLK引腳輸出，可以是不輸出脈沖(USART_LastBit_Disable)、輸出脈沖 (USART_LastBit_Enable)。它設定USART_CR2寄存器的LBCL位的值。

#define USART_LastBit_Disable                ((uint16_t)0x0000)
#define USART_LastBit_Enable                 ((uint16_t)0x0100)

要完成串口正常的收發(fā)數(shù)據(jù)，還需要標準庫中的這些函數(shù)配合使用。

(1) void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)函數(shù)：

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{
  assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));
  assert_param(IS_USART_DATA(Data)); 
  USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);
}

該函數(shù)的功能是向串口寄存器USART_DR寫入一個數(shù)據(jù)，有兩個入口參數(shù)，第一個是選擇是哪個串口，其可選擇的值為USART1、USART2、USART3、USART6、UART4、UART5。第二個參數(shù)是待發(fā)送的數(shù)據(jù)，其值只要滿足如下條件即可：

#define IS_USART_DATA(DATA) ((DATA) <= 0x1FF)

(2) uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx)函數(shù)：

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx)
{
  assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));
  return (uint16_t)(USARTx->DR & (uint16_t)0x01FF);
}

該函數(shù)的功能是從USART_DR寄存器讀取串口接收到的數(shù)據(jù)，只有一個入口參數(shù)，即選擇是哪個串口。

(3) void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState)函數(shù)：

void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState)
{
  assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));
  assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
  if (NewState != DISABLE)
  {
    USARTx->CR1 |= USART_CR1_UE;
  }
  else
  {
  USARTx->CR1 &= (uint16_t)~((uint16_t)USART_CR1_UE);
  }
}

要完成串口正常的收發(fā)數(shù)據(jù)，還需要標準庫中的這些函數(shù)配合使用。

該函數(shù)的功能是使能串口。有兩個入口參數(shù)，第一個是選擇是哪個串口，其可選擇的值為USART1、USART2、USART3、USART6、UART4、UART5。第二個參數(shù)是使能或者不使能，其值為DISABLE或者ENABLE。

(4) void USART3_IRQHandler(void) 串口中斷服務程序函數(shù)：

當發(fā)生中斷的時候，程序就會執(zhí)行中斷服務函數(shù)。然后我們在中斷服務函數(shù)中編寫我們相應的邏輯代碼即可。

(5) FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG)函數(shù)：

該函數(shù)的功能是讀取串口的狀態(tài)，第一個入口參數(shù)和上面的一樣。這里重點講解第二個入口參數(shù)，它是標示我們要查看串口的哪種狀態(tài)，可選的值及其代表的意義如表格所示：

(6) ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT)函數(shù)：

當我們使能了某個中斷的時候，當該中斷發(fā)生了，就會設置狀態(tài)寄存器中的某個標志位。經常我們在中斷處理函數(shù)中，要判斷該中斷是哪種中斷，這時候就會使用該函數(shù)。第二個入口參數(shù)可選的值及其代表的意義如表格所示：

串口接發(fā)通信實驗

接下來我們根據(jù)上面講解的串口通信的知識，實際編寫一個軟件程序實現(xiàn)串口的接發(fā)通信。代碼實現(xiàn)的現(xiàn)象是在開發(fā)板一上電時會通過print函數(shù)發(fā)送一串字符串“start”給電腦，然后開發(fā)板進入中斷接收等待狀態(tài)。如果電腦有發(fā)送數(shù)據(jù)過來，開發(fā)板就會產生中斷， 我們在中斷服務函數(shù)里接收數(shù)據(jù)，并將接收到數(shù)據(jù)標志位置1，在主函數(shù)里對標志位經過判斷之后再把數(shù)據(jù)返回發(fā)送給電腦。

1.編程要點

1) 使能RX和TX引腳GPIO時鐘和USART3時鐘；

2) 初始化GPIO，并將GPIO復用到USART3上；

3) 配置USART3參數(shù)；

4) 配置中斷控制器并使能USART3接收中斷；

5) 使能USART3；

6) 在USART3接收中斷服務函數(shù)里接收數(shù)據(jù)并將接收到數(shù)據(jù)的標志位置1。

2.代碼分析

代碼清單1：USART3初始化配置

其初始化串口的過程和我們前面講解的編程要點中的過程是一致的。因為我們使用到了串口的中斷接收，因此需要開啟串口3的NVIC中斷并對其進行配置。

void uart_init(u32 bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
//使能RX和TX引腳GPIO時鐘
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);
//使能USART3時鐘
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3,ENABLE);
  //初始化GPIO，并將GPIO復用到USART3上
  GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART3); 
  GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource11,GPIO_AF_USART3); 
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11; 
  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(GPIOB,&GPIO_InitStructure); 
   //配置USART3參數(shù)
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率設置
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; 
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; 
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; 
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; 
  USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;  
    USART_Init(USART3, &USART_InitStructure); 
//使能USART3
    USART_Cmd(USART3, ENABLE); 
//配置中斷控制器并使能USART3接收中斷；  
#if EN_USART3_RX  
  USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE); 
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn; 
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;  
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;    
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
#endif  
}

代碼清單2：USART3中斷服務函數(shù)

當USART3有接收到數(shù)據(jù)時就會執(zhí)行USART3_IRQHandler函數(shù)。然使用if 語句來判斷是否是真的產生USART3數(shù)據(jù)接收這個中斷事件，如果是真的就使用 USART數(shù)據(jù)讀取函數(shù)USART_ReceiveData讀取數(shù)據(jù)到指定存儲區(qū)Res,并將自己定義的一個標志位Rxflag置1。

void USART3_IRQHandler(void)                
{
  if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) 
  {
    Res =USART_ReceiveData(USART3);//(USART1->DR);  
    Rxflag=1;         
  } 
}

代碼清單3：字符函數(shù)

//發(fā)送一個字符函數(shù)
static void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch )
{
  USART_SendData(pUSARTx,ch);
  while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);  
}
//發(fā)送指定長度字符的函數(shù)
void Usart_SendStr_length( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t *str,uint32_t strlen )
{
  unsigned int k=0;
    do 
    {
        Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
        k++;
    } while(k < strlen);
}

Usart_SendByte函數(shù)用來在指定USART發(fā)送一個ASCLL碼值字符，它有兩個形參，第一個為USART，第二個為待發(fā)送的字符。它是通過調用庫函數(shù) USART_SendData來實現(xiàn)的，并且增加了等待發(fā)送完成功能。

Usart_SendString函數(shù)用來發(fā)送一個字符串，它實際是調用 Usart_SendByte函數(shù)發(fā)送每個字符，直到遇到空字符才停止發(fā)送。最后使用循環(huán)檢測發(fā)送完成的事件標志來實現(xiàn)保證數(shù)據(jù)發(fā)送完成后才退出函數(shù)。

代碼清單4：printf函數(shù)支持

#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)                             
struct __FILE 
{ 
  int handle; 
}; 
FILE __stdout;         
void _sys_exit(int x) 
{ 
  x = x; 
} 
int fputc(int ch, FILE *f)
{   
  while((USART3->SR&0X40)==0);//循環(huán)發(fā)送,直到發(fā)送完畢   
  USART3->DR = (u8) ch;      
  return ch;
}
#endif

這段代碼是引入printf函數(shù)支持所必須的，加入這段代碼加入之后便可以通過printf函數(shù)向串口發(fā)送我們需要的內容，方便開發(fā)過程中查看代碼執(zhí)行情況以及一些變量值。如果我們使用不同的串口，對這段代碼的修改一般也只是用來改變 printf 函數(shù)針對的串口號，比如將上述代碼中的USART3改成USART1即可。

代碼清單5：主函數(shù)

u8 Res;
u8 Rxflag;
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];  
u8 usRxCount=0; 
int main(void)
{ 
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  delay_init(168);     
  uart_init(115200);   
  printf("start
");
  while(1)
  {
    if(Rxflag)
    {
      if (usRxCount < sizeof(USART_RX_BUF))
      {
        USART_RX_BUF[usRxCount++] = Res;
      }
      else
      {
        usRxCount = 0;
      }
      /* 遇到換行字符，就把數(shù)據(jù)發(fā)送到串口助手*/
    if (Res == 0x0A)  /* 換行字符 */
    {    
     Usart_SendStr_length(USART3,USART_RX_BUF, usRxCount );
        usRxCount = 0;
      }
      Rxflag=0;
    }
  }
}

首先我們調用NVIC_PriorityGroupConfig函數(shù)完成對NVIC的初始化，然后調用uart_init函數(shù)完成對串口的初始化，這里將串口波特率設置成可115200(位/秒)。接著利用printf函數(shù)發(fā)送一次“start”到串口調試助手。然后對Rxflag的值進行判斷，當接收到了數(shù)據(jù)，即Rxflag的值為1時，對接收的數(shù)據(jù)長度進行判斷，USART_REC_LEN是我們定義的接收最大字節(jié)數(shù)，這個值可以根據(jù)自己的需要進行修改。當接收的數(shù)據(jù)在最大字節(jié)數(shù)范圍之內時，把接收到的數(shù)據(jù)賦值到數(shù)組USART_RX_BUF里，同時當接收到的數(shù)據(jù)為0x0A，即換行字符時，利用Usart_SendStr_length函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。因此在利用串口調試助手向MCU發(fā)送數(shù)據(jù)時，要勾選“加回車換行符”。

在本程序中我們設置串口進入中斷的方式為數(shù)據(jù)寄存器非空即進一次中斷，因此每個字節(jié)的接收都會進一次中斷，這會導致CPU的效率大大降低，因此在下一節(jié)我們將會講解利用DMA的方式對串口的數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收。

審核編輯：湯梓紅