STM32MP1 Cortex M4开发第5篇：串行通讯接口

写在前面：

本文章为《ARM Cortex-M4裸机开发篇》系列中的一篇，全系列总计14篇。笔者使用的开发平台为华清远见FS-MP1A开发板（STM32MP157开发板），Cortex-M4裸机开发篇除了讲M4裸机开发外，还会讲解通过M4控制资源扩展板上的各种传感器执行器模块（包括空气温湿度传感器、LED灯、数码管、蜂鸣器、震动马达、按键中断、风扇等），本篇是M4控制资源扩展板中的一篇。

资源扩展板是FS-MP1A开发板的扩展模块，主要包含了10余种主流传感器、执行器件、总线控制器件，非常方便项目扩展用。可拓展开发智慧家庭、智能医疗、智能安防、工业控制、图像识别、环境检测等方向的10个左右综合项目，华清远见开发板也将配套提供所有项目的说明文档、实验源码、应用程序等资料。

针对FS-MP1A开发板，除了Cortex-M4裸机开发篇外，还包括其他多系列教程，包括Cortex-A7开发篇、FreeRTOS篇、Linux基础及应用开发篇、Linux系统移植篇、Linux驱动开发篇、硬件设计篇、人工智能机器视觉篇、Qt应用编程篇、Qt综合项目实战篇等。

资源扩展板介绍

硬件介绍&资源扩展板可开发项目

Cortex-M4 串行通讯接口

实验目的

熟悉STM32CubeIDE工具软件的使用。

掌握STM32CubeIDE软件的基本设计流程和设计步骤，能够使用工具进行设计、编程、仿真调试。

学习UART串口的使用方法，掌握如何利用STM32MP157A芯片的串口输入输出。

实验环境

FS-MP1A开发平台

ST-Link仿真器

STM32CubeIDE开发软件

PC机 XP、Window7/10 (32/64bit)

串口调试工具

实验原理

串口，可以说是计算机上最通用的设备通信协议之一，不过要注意别和USB（通用串行总线）搞混了。大多数计算机都带有两个基于RS232的串口，同时它也是仪器仪表设备的标配协议——很多GPIB兼容的设备也配有RS-232口。不仅如此，串口通信协议还能用来获取远程采集设备的数据。

串口通信的原理其实很简单：按位（bit）发送和接收字节。虽然比按字节（byte）的并行通信慢，但它的优势在于可以用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据，简单可靠且能实现远距离通信。典型的应用是传输ASCII码字符。通信只需要3根线：地线、发送线、接收线。由于它是异步通信，端口能在一根线上发数据的同时在另一根线上收数据。其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数有四个：波特率、数据位、停止位和奇偶校验。

对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。来逐一看看：

波特率： 衡量通信速度的参数，表示每秒钟传送的bit个数。比如300波特就是每秒300个bit。当协议要求4800波特率时，时钟就是4800Hz，意味着数据线的采样率为4800Hz。常见电话线的波特率是14400、28800和36600。波特率可以远高于这些值，但要注意波特率和距离成反比——高波特率通常用于放置很近的仪器之间通信，典型的例子是GPIB设备。

数据位： 实际通信中数据位的个数。标准值有5、7、8位，具体取决于你要传送的信息。比如标准ASCII码是0～127（7位），扩展ASCII码是0～255（8位）。如果传输简单的文本，每个数据包用7位数据就够了。每个“包”指一个字节，包含开始/停止位、数据位和奇偶校验位。

停止位： 表示单个包的最后一位，典型值为1、1.5和2位。这里的1.5位数据宽度就是1.5个波特率。由于每个设备有自己的时钟，通信中可能出现不同步，停止位不只是传输结束的标志，还给计算机提供了校正时钟同步的机会。停止位越多，对时钟同步的容忍度越大，但数据传输率也越慢。

奇偶校验位： 一种简单的检错方式，有四种：偶、奇、高、低，当然也可以不用。对于偶校验和奇校验，串口会在数据位后面设置一个校验位，确保传输的数据有偶数个或奇数个逻辑高位。例如数据是011，偶校验时校验位为0（逻辑高共2个，偶数），奇校验时校验位为1（逻辑高共3个，奇数）。高和低校验只是简单置位逻辑高或低，不真正检查数据。这样接收设备能判断是否有噪声干扰或不同步。

硬件流控制： 常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR流控制。硬件流控制必须连接相应的电缆线。以RTS/CTS为例，通信两端的RTS、CTS对应相连。数据终端设备（如计算机）用RTS启动调制解调器的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）用CTS来起停计算机的数据流。编程时根据接收端缓冲区大小设置高位标志（如75%）和低位标志（如25%），当缓冲区内数据达到高位时，接收端将CTS置低电平的逻辑0，发送端检测到CTS为低后就停止发送数据，直到缓冲低于低位再将CTS置高电平。RTS则标明接收设备是否准备好接收数据，DTR/DSR的用法类似，这里不再赘述。

STM32串口设置一般遵循以下几个步骤：

1. 串口时钟使能GPIO时钟使能设置引脚复用映射
2. GPIO初始化设置, 模式为复用功能
3. 串口参数初始化：设置波特率，字长，奇偶校验等
4. 开启中断并初始化NVIC，使能中断（如果需要中断才需此步）
5. 使能串口
6. 编写中断处理函数

串口硬件原理图：

HAL库函数解析：

HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

这两个函数是轮询方式发送和接收。

HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

这两个函数是以中断方式发送和接收，具体传参详见工程。注意：这两个函数里指定了缓冲区和大小并开启中断，实际上数据还在中断里处理。HAL库提供了用户中断处理函数方式，通过调用回调函数来实现：接收中断在用户代码里重定义 void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)，发送中断重定义 void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)。

实验步骤

打开STM32CubeIDE → File → New → STM32 Project

在左侧搜索框内输入芯片型号STM32MP157A进行搜索，选择对应芯片，点击Next。

填写工程名，点击Finish。

点击Yes打开配置页面。

配置UART4，勾选Cortex-M4，Mode选择Asynchronous，NVIC Settings 勾选Enabled使能串口中断，搜索框搜索PB2、PG11，分别配置为UART4_RX、UART4_TX。

在Code Generator处选择为每个外设生成单独的C和H文件，这样设置方便阅读代码。

完成以上设置后，按下Ctrl+S保存，会提示是否需要生成代码，选择Yes即可自动生成代码。系统会自动生成System Clock代码。

在左侧工程文件夹找到UART_CM4子工程，打开main.c。

添加串口中断回调函数HAL_UART_RxCpltCallback：

在主函数中调用串口中断接收函数：HAL_UART_Receive_IT(&huart4, Buff, 5);

上述为新建工程配置过程，可参考12.3.2章节进行导入已有工程，工程存放路径【华清远见-FS-MP1A开发资料 2-程序源码ARM体系结构与接口技术Cortex-M44_UART】。

配置完成或导入工程后进行程序下载，具体步骤参考12.3.3节进行开发板连接，程序编译、下载。

实验现象

连接串口线，打开串口调试助手，选择串口号，波特率115200，打开串口。发送5个字符，可以看到成功接收到发送的字符。

硬件平台：华清远见FS-MP1A开发板（STM32MP157）

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