STM32之UART、RS232、RS485通讯

一、USART解释

  USART是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备，相互独立的接收数据和发送数据；任何USART双向通信至少需要两个脚：接收数据输入(RX)和发送数据输出(TX)。为什么三种通讯方式一起学习呢？因为单片机最后都是要用到UASRT这个功能与外界通讯的。由于UART规定只是规定了数据（信号的时序）的格式，并没有规定接口的电气特性，这样导致了他们在物理层无法实现互联。

   UART通讯时一般直接用处理器自己的TTL电平，（高电平表示1，低电平代表0）STM32自己的TTL电平是3.3V  51单片机的TTL电平是5V的 所以不能互连。RS232电平规定：逻辑“1”的电平是-5V~ -15V之间，逻辑“0”的电平是+5v~+15V之间，这么高的电压当然需要芯片转换后才能通讯了。232通讯程序和UART通讯程序都是一样的。

STM32F103LQFP48集成有3个UASRT控制器：编号及引脚定义如下：

名称	引脚
USART1	PA9（30脚_TX）  PA10（31脚_RX）可复用给42 43脚
USART2	PA1（11脚_RTS）  PA2（12脚_TX）
USART3	PA1（21脚_TX）  PA2（22脚_RX）

数据线端口是高电平状态①（红色线表示），如果开始发送数据了，那么总线将高电平拉低成低电平，然后开始发送数据，发送数据的顺序是先发数据的低位，然后发送到高位。一般是8位数据位（也可以是7位），然后是校验位（校验位可有可无），最后一位是停止位（停止位是必须有的）停止位可以是1位，1.5位，2位。

 发送方这样不停的发送数据，接收方怎么知道发送的的0还是1呢？如果要发送0x00,和0xFF数据，这样总线是不是一直在高电平或者低电平，我们约定一个节拍（如：波特率9600指的是每秒可以传输9600个二进制位，传送一个位需要1/9600秒）双方共同遵守，这个节拍持续的时间长短，来换算成发送了多少个0或者多少个1了。尽管设置了相同的波特率，设备双方的时钟基准可能不太一样，为了防止累计误差出现，每次发完一个字节后又重新开始发送下一个字节，时间重新开始计时。

控制器内部结构图如下

 初始化端口库函数

void USART1_Init(u32 bound){ //串口1初始化并启动
    //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;	 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟
     //USART1_TX   PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
    //USART1_RX	  PA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 
   //Usart1 NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		//子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器 
   //USART 初始化设置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//一般设置为9600;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口 
}

/*
USART1专用的printf函数
当同时开启2个以上串口时，printf函数只能用于其中之一，其他串口要自创独立的printf函数
调用方法：USART1_printf("123"); //向USART2发送字符123
*/
void USART1_printf (char *fmt, ...){ 
	char buffer[USART1_REC_LEN+1];  // 数据长度
	u8 i = 0;	
	va_list arg_ptr;
	va_start(arg_ptr, fmt);  
	vsnprintf(buffer, USART1_REC_LEN+1, fmt, arg_ptr);
	while ((i < USART1_REC_LEN) && (i < strlen(buffer))){
        USART_SendData(USART1, (u8) buffer[i++]);
        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); 
	}
	va_end(arg_ptr);
}

RS485总线标准规定采用差分信号进行数据传输，两根线电压差+2V~+6V 表示逻辑1；两根线电压差-2V~-6V 表示逻辑0；使用差分信号能有效的减少工模干扰，2根线之间没有地。RS485的通讯距离可以达到1500m。电压低了也不会损坏电路接口。485采用总线式拓扑结构，数据的发送和接收要占用2根线，所以发送时候就不能接收，接收时候不能发，所以只能采用半双工的发送和接收数据，在软件编程时候注意区分。

虽然处理器集成了UART控制器，产生的一般是TTL电平，该电平并不符合RS485标准，所以一般我们还要外加电路将TTL信号转换为差分的485信号。常用的芯片有(MAX485、SN75LBC184、SP3485) 磁隔离的高速芯片有AD公司的 ADM2582E/ADM2587E，光隔离的芯片有国产的金升阳公司的TD301D485H 不同的芯片要看厂家的推荐参考电路和最大速度以及使用环境。

典型电路如下