【STM32HAL库学习】通信方式:USART、IIC、SPI

通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统

通信接口区别

以下是一些常见概念：

• 双工：通信设备是否同时能进行双方通信，一般全双工的都有两根通讯线，如 USART 就有TX/RX这两根通讯线。 I2C 只有一根通讯线SDA(另外一根是时钟线)，所以 I2C 半双工的通信

• 时钟：分为同步异步
  同步：有单独的时钟信号线，保证通讯时用的是同一个时钟
  异步：没有单独的时钟信号线，只能双方规定制定的时钟频率。如串口发送方中可以指定波特率来实现间隔多少时间向TX发送一个数据(变化一次高低电平)，那么接收方也要根据这个波特率来接收数据(间隔多长时间读取一次RX的电平)

• 电平：
  单端：电平参考需要一样，即如串口通讯中，发送方与接收方需要共地，保证它们的参考电压是一样的。
  差分：不需要共同的参考电平，是根据两根通讯线的电平差异来获取结果的。如两根通讯线的电平不同则表示结果0，相同则表示结果1。

• 电平标准：
  即通讯协议中，双方数据1和0的表达方式标准。即传输过程中人为规定电压与数据的对应关系，常用的有以下3种，抗干扰性RS485 > RS232 > TTL

  • TTL电平：+3.3V或+5V表示1,0V表示0
  • RS232电平:(-3 , -15V)表示1，(+3 , +15V)表示数据0
  • RS485标准：使用的不是绝对电压，而是两根信号线的相对电压（差分信号）作为标准。两根线电压差(+2, +6V)表示1，相差(-2, -6V)表示0。抗干扰信号非常强，距离可达到上千米
  • 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

• 波特率
  用于指定发送的频率和接收的频率，假如发送方1秒发送1位，那么接收方也必须1秒接收(读取一次RX的电平)1位，假如接收方频率更快，那么有可能相同一个数据被接收方多次接收。其单位是bps，即1秒发
  送的位数。1000bps就是1秒发送1000位数据，1位数据的发送耗时是1ms（二进制下，1位=1baud）

• 数据模式

  • HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示
  • 文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示
  • 如果要显示汉字，就得制定汉字的字符集如GB2312、GBK，另外Unicode字符集：全球的语言，最常用的传输形式是UTF8
  

串口通信

1、参数

• 波特率
• 1位起始位（标志一个数据帧的开始，固定为低电平）
• 1位停止位（标志一个数据帧的结束，固定为高电平）一般停止位为1位，也可设置为0.5、1、1.5、2，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。
• 8/9位数据位（是否奇偶校验，如偶校验：第9位保证9位数据中1的个数为偶数），数据低位先行
  因此，在无奇偶校验的情况下一帧的数据长度为10位。

2、串口串口通信理解

它支持同步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN(局部互连网)，智能卡协议和IrDA(红外数据组织)SIR ENDEC规范，以及调制解调器(CTS/RTS)操作。它还允许多处理器通信。 使用多缓冲器配置的DMA方式，可以实现高速数据通信。

• 发送数据时，Stm32会先判断TXE（Transmit Buffer Empty）信号，假如为1，表示发送数据寄存器
  TDR寄存器(只写寄存器)为空。此时STM32写入一帧数据到TDR上，并设置TXE为0，写入后系统会
  判断移位寄存器是否正在移位，假如没有在移位说明前一帧数据已经发送完成。数据寄存器TDR寄
  存器的数据会全部转移到发送移位寄存器中，然后数据数由数据移位寄存器按照波特率传输出去(即
  按波特率设置TX引脚的电平)。与此同时，会设置TXE为1,发送数据寄存器TDR寄存器也会写入新的
  数据。也就是第一帧从TDR寄存器转移到移位寄存器后，马上设置TXE为1。这时候同时会发生两件
  事情：

  1. 移位寄存器负责一位位发送第一帧的数据
  2. stm32读取到TXE为1，会把第二帧数据写入到TDR上。

  根据TXE信号判断是否写TDR->写入根据发送移位寄存器的状态是否转移数据->发送移位寄存器发送数据+再次写TDR

• 数据接收时，接收移位寄存器会一位位的从RX引脚读取数据(按照波特率的频率读取RX引脚的电平) ，假如读取完一帧后，数据会被转运到接收数据寄存器RDR中，转运完成后会设置RXNE标志位。stm32读取到这个标志位后就把RDR寄存器的数据读走。同时接收移位寄存器会再次读取下一帧数据。
  接收移位寄存器接收数据->数据转移到RDR中>转移完成则读取RDR，接收移位寄存器再次接收数据

• 下图为数据手册里的参考图，主要注意3部分：数据读写部分、中断、时钟
  发送和接收的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV决定，而波特率由内部时钟72MHZ分频得到的。所以DIV的值需要满足一下公式 波特率 = fPCLK2/1 / (16 * DIV)，所以假如设置3600的波特率，那么DIV就需要设置成
  72000000/3600/16 = 468.75。这个是带小数的值，会被写两个寄存器。
  

3、利用CubMX配置串口通信

配置只需要一步，关键掌握如何收发各种格式的数据。

发送数据

//1、发送一个字节
void hhSerialSendByte(uint8_t Byte){HAL_UART_Transmit(&huart1, &Byte, 1, HAL_MAX_DELAY);
}//2、发送一个数组
void hhSerialSendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length){for(uint16_t i=0;i<Length;i++){hhSerialSendByte(Array[i]);}
}//3、发送一个字符串
void hhSerialSendString(char * mString){for(uint16_t i=0;mString[i]!='\0';i++){hhSerialSendByte(mString[i]);}
}//4、发送一个数字
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y){uint32_t Result = 1;while (Y --){Result *= X;}return Result;
}
void hhSerial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length){uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){hhSerialSendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');}
}

//5、发送浮点数 前设置
#include <stdarg.h>
#include "stdio.h"
void Serial_Printf(char *format, ...)
{char String[100];va_list arg;va_start(arg, format);vsprintf(String, format, arg);va_end(arg);hhSerialSendString(String);
}

接收数据

1、查询法接收
在前面配置好USART的波特率等信息后，循环不断查询是否有数据传输过来

uint8_t ByteRecv;
int main(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();OLED_Init();OLED_Clear();while (1){HAL_UART_Receive(&huart1, &ByteRecv, 1, HAL_MAX_DELAY);hhSerialSendByte(ByteRecv);}
}

2、中断法接收

//1.单字节发送
void hhSerialSendByte(uint8_t Byte){HAL_UART_Transmit(&huart1, &Byte, 1, HAL_MAX_DELAY);
}
uint8_t Serial_RxFlag;
uint8_t Serial_GetRxFlag(void){if (Serial_RxFlag == 1){Serial_RxFlag = 0;return 1;}return 0;
}
uint8_t ByteRecv;
//接收中断函数
HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){if (huart == &huart1){Serial_RxFlag=1;//已接收标志位，说明已经接收完一次HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &ByteRecv, 1);//接收了一次后需要再次打开接收中断为下次中断接收做准备}
}int main(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();OLED_Init();OLED_Clear();HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &ByteRecv, 1);//启动中断接收一个字节OLED_ShowString(1, 1, "RxData:");while (1){if (Serial_GetRxFlag() == 1){hhSerialSendByte(ByteRecv);//将接收到的数据重新发送返回给电脑串口OLED_ShowHexNum(1, 8, ByteRecv, 2);}}
}