STM32系统学习——USART（串口通信）

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-06-03 22:13 1006阅读 0赞

串口通信是一种设备间非常常用的串行通行方式，其简单便捷，大部分电子设备都支持。  
一、物理层  
常用RS-232标准，主要规定了信号的用途、通信接口以及信号的电平标准。  
![这里写图片描述][SouthEast]  
“DB9接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线使用”RS-232标准“传输数据信号，这些信号通过记过电平转换芯片转换成控制器能识别的TLL标准的电平信号，才能实现通信。  
1.电平标准  
可分为TTL标准以及RS-232标准。  
常见的电子电路中常见TTL的电平标准，理想状态使用5V表示二进制逻辑1，0V表示逻辑0；而为了增加串口通信的远距离传输以及抗干扰能力，RS-232使用-15V表示逻辑1，+15V表示逻辑0。  
![这里写图片描述][SouthEast 1]  
因为控制器一般使用TTL电平标准，所以常常使用MA3232芯片将TTL以及RS-232电平的信号进行互相转换。

2.RS-232信号线  
最初RS-232串口标准常用于计算机、路由与调制调节器（“猫”）之间通信，设备被分为数据终端设备DTE（计算机、路由）和数据通信设备DCE（调制调节器）。旧台式计算机，一般都有RS-232标准的COM口，也称DB9接口。

DB9信号线说明

![这里写图片描述][SouthEast 2]  
公头标准接法，只要使用直通型串口线连接起来即可。

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二、协议层  
协议层中，规定了数据包的内容，它由起始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通信双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据 。  
1、波特率  
异步通信中由于没有时钟信号，所以2个通信设备需约定好波特率，常见的有4800、9600、115200等。  
2、通信的起始和停止信号  
串口通信的一个数据包从起始信号开始，知道停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，而数据包的停止信号可由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。  
3、有效数据  
在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效  
数据的长度常被约定为 5、6、7或 8位长  
4、数据校验  
在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、1校验(mark)以及无校验(noparity)。  
奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个 8 位长的有效数据为：01101001，此时总共有 4 个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位。  
偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数，比如数据帧：11001010，此时数据帧“1”的个数为 4 个，所以偶校验位为“0”。  
0 校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1 校验是校验位总为“1”。

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三、STM32的USART简介  
通用同步异步收发器是一个串行通信设备，可以灵活的与外部设备进行全双工数据交换。有别与USART，还有一个UART，它在USART基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。  
串口通信一般是以帧格式传输数据，即一帧一帧传输，每帧包含有起始信号、数据信息、停止信息，可能还有校验信息。  
USART 满足外部设备对工业标准 NRZ 异步串行数据格式的要求，并且使用了小数波特率发生器，可以提供多种波特率，使得它的应用更加广泛。USART 支持同步单向通信和半双工单线通信；还支持局域互连网络 LIN、智能卡(SmartCard)协议与 lrDA(红外线数据协会) SIR ENDEC规范。  
USART支持使用 DMA，可实现高速数据通信。

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四、USART功能框图剖析  
![这里写图片描述][SouthEast 3]  
下文结合图片看加深理解。  
1、功能引脚  
TX:发送数据输出引脚。  
RX:接收。  
SW\_RX:数据接收引脚，属于内部引脚。  
nRTS:请求以发送，n表示低电平有效。如果使能 RTS 流控制，当USART接收器准备好接收新数据时就会将nRTS变成低电平；当接收寄存器已满时，nRTS将被设置为高电平。该引脚只适用于硬件流控制。  
nCTS:清除以发送(Clear To Send)，n表示低电平有效。如果使能 CTS流控制，发送器在发送下一帧数据之前会检测 nCTS 引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。  
SCLK:发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。  
USART：下图是STM32F103VET6芯片的USART引脚  
![这里写图片描述][SouthEast 4]  
USART1的时钟来源于APB2总线时钟，最大频率为72MHZ，其他4个时钟来源于APB1总线时钟，最大频率36MHZ。UART只有异步传输功能，没有SCLK、nCTS和nRTS功能引脚。

2.数据寄存器  
USART说数据寄存器(USART\_DR)只有低 9 位有效，并且第 9 位数据是否有效要取决于USART 控制寄存器 1(USART\_CR1)的 M 位设置，当 M 位为 0 时表示 8 位数据字长，当 M位为 1 表示 9 位数据字长，我们一般使用 8位数据字长。  
USART\_DR包含了已发送的数据或者接收到的数据。USART\_DR实际是包含了两个寄存器，一个专门用于发送的可写 TDR，一个专门用于接收的可读 RDR。当进行发送操作时，往 USART\_DR写入数据会自动存储在 TDR内；当进行读取操作时，向 USART\_DR读取数据会自动提取 RDR 数据。  
TDR和RDR都是介于系统总线和移位寄存器之间。串行通信是一个位一个位传输的，发送时把 TDR 内容转移到发送移位寄存器，然后把移位寄存器数据每一位发送出去，接时把接收到的每一位顺序保存在接收移位寄存器内然后才转移到 RDR。  
USART 支持 DMA 传输，可以实现高速数据传输。

3.控制器  
USART有专门控制发送的发送器、控制接收的接收器，还有唤醒单元、中断控制等。  
使用USART之前需要向USART\_CR1寄存器的UE位置1使能USART，UE位用于开启供给串口的时钟。发送或者接收数据字长可选8或9位，由USARTT\_CR1的M位控制。  
1）发送器  
当USART\_CR1寄存器的发送使能位TE置1时，启动数据发送，发送移位寄存器的数据会在TX引脚输出，低位在前，高位在后。如果是同步模式SCLK也输出时钟信号。  
一个字符帧发送需要3部分：起始位、数据帧、停止位。起始位是一个位周期的低电平，位周期就是每一位占用的时间 ；数据帧就是我们要发送的8或9位数据，数据是最低位开始传输的；停止位是一定时间周期的高电平。  
停止位的时间长短可以通过USART控制寄存器2（USART\_CR2）的STOP\[1:0\]位控制，可选0.5个、1个、1.5个、2个停止位。默认使用1个停止位。2个停止位适用于正常USART模式、单线模式和调制解调器模式。0.5和1.5个停止位用于智能卡模式。  
当发使能位TE置1之后，发送器开始会发送一个空闲帧（一个数据帧长度的高电平），接下来就可以往USART\_DR寄存器写入要发送的数据。在写入最后一个数据后，需等待USART状态寄存器（USART\_SR）的TC位为1，表示数据传输完成。USART\_CR1寄存器的TCIE位置1，则产生中断。  
发送数据时，几个重要的标志位如下：  
TE:发送使能。  
TXE:发送寄存器为空，发送单个字节时使用。  
TC:发送完成，发送多个字节数据时候使用。  
TXIE:发送完成中断使能。  
2）接收器  
将CR1寄存器的RE位置1，使能USART接收，使得接收器在RX线开始搜索起始位。在确定起始位后，就根据RX线电平状态把数据存放在接收移位寄存器内。接收完成后就把接收移位寄存器的数据移到PDR内，并把USART\_SR寄存器的RXNE位置。如果USART\_CR2寄存器的RXNEIE置1可以产生中断。  
接收数据时，几个重要的标志位如下：  
RE: 接收使能。  
RXNE:读数据寄存器非空。  
RXNEIE:发送完成中断使能。

4.小数波特率生成  
USART 的发送器和接收器使用相同的波特率。计算公式如下：  
![这里写图片描述][SouthEast 5]  
其中，f PLCK 为 USART 时钟， USARTDIV 是一个存放在波特率寄存器(USART\_BRR)的一个无符号定点数。其中 DIV\_Mantissa\[11:0\]位定义 USARTDIV 的整数部分，DIV\_Fraction\[3:0\]位定义 USARTDIV 的小数部分。  
例如：DIV\_Mantissa=24(0x18)，DIV\_Fraction=10(0x0A)，此时 USART\_BRR 值为0x18A；那么USARTDIV的小数位10/16=0.625；整数位24，最终USARTDIV的值为24.625。  
如果知道 USARTDIV 值为 27.68，那么 DIV\_Fraction=16\*0.68=10.88，最接近的正整数为 11，所以 DIV\_Fraction\[3:0\]为 0xB；DIV\_Mantissa=整数(27.68)=27，即为 0x1B。  
波特率的常用值有 2400、9600、19200、115200。下面以实例讲解如何设定寄存器值得到波特率的值。  
我们知道 USART1 使用 APB2 总线时钟，最高可达 72MHz，其他 USART 的最高频率为 36MHz。我们选取 USART1 作为实例讲解，即 f PLCK =72MHz。为得到 115200bps 的波特率，此时：

115200 =72000000/(16 ∗ USARTDIV)

解 得 USARTDIV=39.0625 ， 可 算 得 DIV\_Fraction=0.0625\*16=1=0x01 ，DIV\_Mantissa=39=0x27，即应该设置 USART\_BRR 的值为 0x171。

5.校验控制  
STM32F103系列控制器USART支持奇偶校验。使用校验位时，串口传输的长度将在8位数据帧上加上1位的校验位，总共9位，此时USART\_CR1寄存器的M位需要设置位1，即9数据位。将USART\_CR1寄存器的PCE位置1就可以启动奇偶校验控制，奇偶校验由硬件自动完成。启动了奇偶校验控制之后，发送数据帧时会自动添加校验位，接收数据自动验证校验位。接收数据时如果出现奇偶校验位验证失败，会将USART\_SR寄存器的PE置1，并可以产生奇偶校验中断。  
使用了奇偶校验控制位后，每个字符帧的格式变成了：起始位+数据帧+校验位+停止位。

6.中断控制  
![这里写图片描述][SouthEast 6]

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五、USART初始化结构体  
初始化结构体的定义在stm32f10x\_usart.h文件中，初始化库函数定义在stm32f10x\_usart.c中。

USART初始化结构体
    									
    typedef struct {
     uint32_t USART_BaudRate; // 波特率
     uint16_t USART_WordLength; // 字长
     uint16_t USART_StopBits; // 停止位
     uint16_t USART_Parity; // 校验位
     uint16_t USART_Mode; // USART 模式
     uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控制
     } USART_InitTypeDef;

1）USART\_BaudRate：波特率设置。标准库函数会根据设定值计算得到USARTDIV值，从而设置USART\_BRR的寄存器值。  
2）USART\_WordLength：.数据帧字长，它设定USART\_CR1寄存器M位的值。如果没有使能奇偶位校验控制，一般使用8数据位。  
3）USART\_StopBits停止位设置。  
4）USART\_Parity：奇偶校验控制选择。  
5）USART\_Mode：USART模式选择有USART\_Mode\_Rx和USART\_Mode\_Tx，允许使用逻辑或运算选择两个，它设定 USART\_CR1寄存器的 RE 位和 TE位。  
6）USART\_HardwareFlowControl：硬件流控制选择，只有在硬件流控制模式下才有效，可选有，使能RTS、使能CTS、同时使能RTS和CTS、不使用硬件流。

当使用同步模式，需配置SCLK引脚输出脉冲的属性，标准库使用一个时钟初始化结构体USART\_ClockInitTypeDef来设置，该结构体内容只有在同步模式下才设置。

USART时钟初始化结构体
     typedef struct {
     uint16_t USART_Clock; // 时钟使能控制
     uint16_t USART_CPOL; // 时钟极性
     uint16_t USART_CPHA; // 时钟相位
     uint16_t USART_LastBit; // 最尾位时钟脉冲
     } USART_ClockInitTypeDef;

1）USART\_Clock：同步模式下SCLK引脚上时钟输出使能控制，可选禁止时钟输出(USART\_Clock\_Disable)或开启时钟输出(USART\_Clock\_Enable)；如果使用同步模式发送，一般都需要开启时钟。它设定 USART\_CR2 寄存器的 CLKEN 位的值。 ݶ  
2）USART\_CPOL：同步模式下 SCLK 引脚上输出时钟极性设置，可设置在空闲时SCLK引脚为低电平(USART\_CPOL\_Low)或高电平(USART\_CPOL\_High)。它设定USART\_CR2寄存器的 CPOL位的值。  
3）USART\_CPHA：同步模式下 SCLK 引脚上输出时钟相位设置，可设置在时钟第一个变化沿捕获数据(USART\_CPHA\_1Edge)或在时钟第二个变化沿捕获数据。它设定 USART\_CR2寄存器的 CPHA位的值。USART\_CPHA与 USART\_CPOL配合使用可以获得多种模式时钟关系。  
4）USART\_LastBit：选择在发送最后一个数据位的时候时钟脉冲是否在SCLK引脚输出，可以是不输出脉冲(USART\_LastBit\_Disable) 、 输出脉冲(USART\_LastBit\_Enable)。它设定 USART\_CR2 寄存器的 LBCL位的值。

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六、USART1接发通信实验  
USART 只需两根信号线即可完成双向通信，对硬件要求低，使得很多模块都预留USART 接口来实现与其他模块或者控制器进行数据传输，比如 GSM 模块，WIFI 模块、蓝牙模块等等。在硬件设计时，注意还需要一根“共地线”。  
来编写一个程序实现开发板与电脑通信，在开发板上电时通过USART发送一串字符串给电脑，然后开发板进入中断接收等待状态，如果电脑有发送数据过来，开发板就会产生中断，我们在中断服务函数接收数据，并马上把数据返回发送给电脑。  
1、编程思路

1.  使能 RX和 TX 引脚 GPIO时钟和 USART时钟；
2.  初始化 GPIO，并将 GPIO复用到 USART上；
3.  配置 USART 参数；
4.  配置中断控制器并使能 USART接收中断；
5.  使能 USART；
6.  在 USART接收中断服务函数实现数据接收和发送。  
    2、代码分析  
    1）GPIO和USART宏定义

/**
     * 串口宏定义，不同的串口挂载的总线和 IO 不一样，移植时需要修改这几个宏
     */ 
     // 串口 1-USART1
     #define DEBUG_USARTx USART1
     #define DEBUG_USART_CLK RCC_APB2Periph_USART1
     #define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
     #define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200 
     // USART GPIO 引脚宏定义
     #define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOA)
     #define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd 
     
     #define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOA
     #define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_9
     #define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOA
     #define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_10 
     
     #define DEBUG_USART_IRQ USART1_IRQn
     #define DEBUG_USART_IRQHandler USART1_IRQHandler

使用宏定义方便程序移植和升级 。开发板中的 CH340G 的收发引脚默认通过跳帽连接到 USART1，如果想使用其他串口，可以把 CH340G 跟 USART1 直接的连接跳帽拔掉，然后再把其他串口的 IO用杜邦线接到 CH340G的收发引脚即可。  
这里我们使用USART1，设定波特率为115200，选定USART的GPIO为PA9和PA10。

2)嵌套向量中断控制器NVIC配置

static void NVIC_Configuration(void)
     {
     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
     /* 嵌套向量中断控制器组选择 */
     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
     
     /* 配置 USART 为中断源 */
     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
     /* 抢断优先级为 1 */
     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
     /* 子优先级为 1 */
     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
     /* 使能中断 */
     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
     /* 初始化配置 NVIC */
     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
     }

3）USART初始化配置

void USART_Config(void)
     {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
     USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
     
     // 打开串口 GPIO 的时钟
     DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
     
     // 打开串口外设的时钟
     DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);
     
     // 将 USART Tx 的 GPIO 配置为推挽复用模式
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
     
     // 将 USART Rx 的 GPIO 配置为浮空输入模式
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
     GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
     
     // 配置串口的工作参数
     // 配置波特率
     USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
     // 配置 针数据字长
     USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
     // 配置停止位
     USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
     // 配置校验位
     USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
     // 配置硬件流控制
     USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =
     USART_HardwareFlowControl_None;
     // 配置工作模式，收发一起
     USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
     // 完成串口的初始化配置
     USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
     
     // 串口中断优先级配置
     NVIC_Configuration();
     
     // 使能串口接收中断
     USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);
     
     // 使能串口
     USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);
     }

调用RCC\_APB2PeriphClockCmd函数开启GPIO端口时钟，使用GPIO之前必须开启对应的时钟。RCC\_APB2PeriphClockCmd函数开启USART时钟。  
使用GPIO之前需要初始化配置它，并且还要添加特殊设置，因为我们使用它作为外设引脚，一般都有特殊功能，模式设置为复用功能，把串口的Tx引脚配置为复用推挽输出，Rx引脚为浮空输入，数据完全由外部输入决定。  
配置USAT1通信参数为：波特率115200，字长8,1个停止位，没有校验位，不使用硬件流控制，收发一体工作模式，然后调用USART初始化函数完成配置。  
USART接收中断，需要配置NVIC，这里调用NVIC\_Configuration函数完成配置，然后调用USART\_ITConfig函数使能USART接收中断。  
最后 调用USART\_Cmd函数使能USART，最终配置的是USART\_CR1的UE位，具体作用是开启USART工作时钟，没有时钟那USART这个外设就工作不了。

4）字符发送

/***************** 发送一个字符 **********************/
     void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
     {
     /* 发送一个字节数据到 USART */
     USART_SendData(pUSARTx,ch);
     
     /* 等待发送数据寄存器为空 */
     while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
     }
     
     /***************** 发送字符串 **********************/
     void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
     {
     unsigned int k=0;
     do {
     Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
     k++;
     } while (*(str + k)!='\0');
     
     /* 等待发送完成 */
     while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET) {
     }
     }

Usart\_SendByte用来指定USART发送一个ASCLL码字符，它有2个形参：第一个USART第二个待发送的字符，它通过调用库函数USART\_SendData来实现等待，并且增加了等待发送完成功能，它接收两个参数：一个是USART，一个是事件标志。这里循环检测发送数据寄存器这个标志，当跳出while循环时，说明发送数据寄存器为空。  
Usart\_SendString函数用来发送一个字符串，实际调用Usar\_SendByte函数发送每个字符，直到遇到空字符才停止发送。最后使用循环检测发送完成的事件标志TC，保证数据完成后才退出函数。

5）USART中断服务函数

void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
     {
     uint8_t ucTemp;
     if (USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET) 
     {
     ucTemp = USART_ReceiveData( DEBUG_USARTx );
     USART_SendData(USARTx,ucTemp);
     }
     
     }

该代码在stm32f10x\_it.c文件中的，用来集中存放中断服务函数。当使能了中断并中断发生时，就会执行这里的中断服务函数。  
6）main函数

int main(void)
     {
     /*初始化 USART 配置模式为 115200 8-N-1，中断接收*/
     USART_Config();
     
     Usart_SendString( DEBUG_USARTx,"这是一个串口中断接收回显实验\n");
     
     while (1) {
     
     }
     }

USART\_Config()函数完成USART初始化配置，包括GPIO USART配置，接收中断使能等。  
接下来调用字符发送函数把数据发给串口调试助手。  
最后什么也不做，等待接收中断产生，并在中断服务函数中回传数据。

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七、USART1指令控制RGB彩灯实验  
1、思路要点  
1）初始化配置RGB彩色灯GPIO  
2）使能RX和TX引脚GPIO时钟和USART时钟  
3）初始化GPIO，并将GPIO复用到USART上  
4）配置USART参数  
5）使能USART  
6）获取指令输入，根据控制RGB彩色灯  
2、代码分析  
1）GPIO和USART宏定义

1 #define DEBUG_USARTx USART1
    2 #define DEBUG_USART_CLK RCC_APB2Periph_USART1
    3 #define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
    4 #define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
    5 
    6 // USART GPIO 引脚宏定义
    7 #define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOA)
    8 #define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
    9 
    10 #define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOA
    11 #define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_9
    12 #define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOA
    13 #define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_10
    14 
    15 #define DEBUG_USART_IRQ USART1_IRQn
    16 #define DEBUG_USART_IRQHandler USART1_IRQHandler

2）USART初始化配置

1 void USART_Config(void)
    2 {
    3 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    4 USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    5 
    6 // 打开串口 GPIO 的时钟
    7 DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
    8 
    9 // 打开串口外设的时钟
    10 DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);
    11 
    12 // 将 USART Tx 的 GPIO 配置为推挽复用模式
    13 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
    14 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    15 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    16 GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    17 
    18 // 将 USART Rx 的 GPIO 配置为浮空输入模式
    19 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
    20 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    21 GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    22 
    23 // 配置串口的工作参数
    24 // 配置波特率
    25 USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
    26 // 配置 针数据字长
    27 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    28 // 配置停止位
    29 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    30 // 配置校验位
    31 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    32 // 配置硬件流控制
    33 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =
    34 USART_HardwareFlowControl_None;
    35 // 配置工作模式，收发一起
    36 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    37 // 完成串口的初始化配置
    38 USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
    39 
    40 // 使能串口
    41 USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);
    42 }

与上实验基本一样，唯一不同没使用使能中断  
3）重定向printf和scanf函数

1 ///重定向 c 库函数 printf 到串口，重定向后可使用 printf 函数
    2 int fputc(int ch, FILE *f)
    3 {
    4 /* 发送一个字节数据到串口 */
    5 USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t) ch);
    6 
    7 /* 等待发送完毕 */
    8 while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    9 
    10 return (ch);
    11 }
    12 
    13 ///重定向 c 库函数 scanf 到串口，重写向后可使用 scanf、getchar 等函数
    14 int fgetc(FILE *f)
    15 {
    16 /* 等待串口输入数据 */
    17 while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    18 
    19 return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
    20 }

fputc函数是printf函数内部的一个函数，功能是将字符ch写入文件指针f所指向文件的当前写指针位置，我们使用USART函数重新修改fputc函数内容，达到类似写入的功能。  
fgetc实现字符读取功能。  
还有一点需要注意的，使用 fput和 fgetc函数达到重定向 C语言标准库输入输出函数必须在 MDK的工程选项把“Use MicroLIB”勾选上，MicoroLIB 是缺省 C库的备选库，它对标准 C库进行了高度优化使代码更少，占用更少资源。  
为使用 printf、scanf 函数需要在文件中包含 stdio.h头文件。  
4）输出提示信息

1 static void Show_Message(void)
    2 {
    3 printf("\r\n 这是一个通过串口通信指令控制 RGB 彩灯实验 \n");
    4 printf("使用 USART 参数为：%d 8-N-1 \n",USART_BAUDRATE);
    5 printf("开发板接到指令后控制 RGB 彩灯颜色，指令对应如下：\n");
    6 printf(" 指令 ------ 彩灯颜色 \n");
    7 printf(" 1 ------ 红 \n");
    8 printf(" 2 ------ 绿 \n");
    9 printf(" 3 ------ 蓝 \n");
    10 printf(" 4 ------ 黄 \n");
    11 printf(" 5 ------ 紫 \n");
    12 printf(" 6 ------ 青 \n");
    13 printf(" 7 ------ 白 \n");
    14 printf(" 8 ------ 灭 \n");
    15 }

5）main函数

1 int main(void)
    2 {
    3 char ch;
    4 
    5 /* 初始化 RGB 彩灯 */
    6 LED_GPIO_Config();
    7 
    8 /* 初始化 USART 配置模式为 115200 8-N-1 */
    9 USART_Config();
    10 
    11 /* 打印指令输入提示信息 */
    12 Show_Message();
    13 while (1)
    14 {
    15 /* 获取字符指令 */
    16 ch=getchar();
    17 printf("接收到字符：%c\n",ch);
    18 
    19 /* 根据字符指令控制 RGB 彩灯颜色 */
    20 switch (ch)
    21 {
    22 case '1':
    23 LED_RED;
    24 break;
    25 case '2':
    26 LED_GREEN;
    27 break;
    28 case '3':
    29 LED_BLUE;
    30 break;
    31 case '4':
    32 LED_YELLOW;
    33 break;
    34 case '5':
    35 LED_PURPLE;
    36 break;
    37 case '6':
    38 LED_CYAN;
    39 break;
    40 case '7':
    41 LED_WHITE;
    42 break;
    43 case '8':
    44 LED_RGBOFF;
    45 break;
    46 default:
    47 /* 如果不是指定指令字符，打印提示信息 */
    48 Show_Message();
    49 break;
    50 }
    51 }
    52 }

首先我们定义一个字符变量来存放接收到的字符。  
接下来调用 LED\_GPIO\_Config 函数完成 RGB 彩色 GPIO 初始化配置，该函数定义在bsp\_led.c 文件内。  
调用 USART\_Config 函完成 USART初始化配置。  
Show\_Message函数使用 printf 函数打印实验指令说明信息。  
getchar函数用于等待获取一个字符，并返回字符。我们使用 ch变量保持返回的字符，接下来判断 ch内容执行对应的程序。  
我们使用 switch语句判断 ch 变量内容，并执行对应的功能程序。

> 本文引用《STM32库开发实战指南》

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