西门子杯工业嵌入式-5-串口实现数据收发
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一、通信基础
1.1 什么是通信
信息从一个设备传输到另一个设备的过程
生活中的通信例子（通话、短信、上网）
1.2 嵌入式系统中的通信
微控制器与外设信息交互的关键方式
分类方式：
按传输介质：有线通信 vs 无线通信
按传输方式：串行通信 vs 并行通信
按同步方式：同步通信 vs 异步通信
二、串行通信原理
2.1 串行通信简介
基本方式
特点：一条数据线、按位传输、硬件简单
2.2 通信参数约定
关键参数：波特率、数据位、停止位、奇偶校验
参数不一致导致通信失败的例子（摩斯电码类比）
三、GD32F470 串口资源与性能
3.1 串口硬件资源
支持8个 USART/UART 接口
支持全双工通信
可配置波特率，最高10.5Mbps
内置16位波特率发生器
支持DMA和多种中断
四、串口通信的实现
4.1 串口初始化流程
启用 GPIO 和 USART 时钟
配置 GPIO 引脚复用功能（AF7, PA9, PA10）
设置 GPIO 模式为复用输出
串口复位并配置通信参数（波特率、校验、字长、停止位）
启用串口发送与接收功能
关闭流控 RTS/CTS
配置并启用 USART 中断
void USART0_Config(void)
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 使能GPIO时钟
rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0); // 使能串口时钟
gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10); //配置端口复用
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9); //端口类型配置为复用
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_10); //端口类型配置为复用
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);
usart_deinit(USART0); // 串口复位
usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT); // 字长为8位
usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT); // 停止位1位
usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE); // 无校验
usart_baudrate_set(USART0, 115200U); // 波特率115200
usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE); // 接收使能
usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE); // 发送使能
usart_hardware_flow_rts_config(USART0, USART_RTS_DISABLE);
usart_hardware_flow_cts_config(USART0, USART_CTS_DISABLE);
usart_enable(USART0); // 串口使能
}
4.2 串口发送函数编写
定义发送函数：传入数据指针和长度
轮询发送：等待发送完成标志
使用 usart_data_transmit() 实现字符逐个发送
```css
void USART0_SendData(uint16_t *buf,uint16_t len)
{
uint16_t t;
for(t=0;t<len;t++)
{
while(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC) == RESET);
usart_data_transmit(USART0,buf[t]);
}
while(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC) == RESET);
}
4.3 使用 printf 实现串口输出
重定向 fputc()
使能 MicroLib，配置标准输出到串口
printf 实质上也是通过 usart_data_transmit() 实现的
int fputc(int ch, FILE *f)
{
usart_data_transmit(USART0, (uint8_t)ch);
while(RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
return ch;
}
五、串口接收中断机制
5.1 接收中断原理
接收缓冲区非空时触发中断
避免轮询方式，提高实时性
应用场景：传感器数据采集、远程控制、通信协议实现等
5.2 接收中断配置
启用 USART 接收功能
启用接收缓冲区非空中断
编写中断服务函数
判断中断类型
读取数据并存储
清除中断标志，避免死循环
void USART0_Config(void)
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 使能GPIO时钟
rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0); // 使能串口时钟
gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10); //配置端口复用
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9); //端口类型配置为复用
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_10); //端口类型配置为复用
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);
usart_deinit(USART0); // 串口复位
usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT); // 字长为8位
usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT); // 停止位1位
usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE); // 无校验
usart_baudrate_set(USART0, 115200U); // 波特率115200
usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE); // 接收使能
usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE); // 发送使能
usart_hardware_flow_rts_config(USART0, USART_RTS_DISABLE);
usart_hardware_flow_cts_config(USART0, USART_CTS_DISABLE);
nvic_irq_enable(USART0_IRQn, 0, 0);
usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_RBNE);
usart_enable(USART0); // 串口使能
}
/************************************************************
* Function : USART0_IRQHandler
* Comment : 串口中断服务函数，用来接收串口数据
* Parameter: null
* Return : null
* Author : Lingyu Meng
* Date : 2025-03-14 V0.2 original
************************************************************/
void USART0_IRQHandler(void)
{
if(RESET != usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_RBNE))
{
data_recv = usart_data_receive(USART0); // 接收串口数据
usart_interrupt_flag_clear(USART0, USART_INT_FLAG_RBNE); //清除接收中断标志位
process_data(data_recv); //处理数据
}
}
/************************************************************
* Function : process_data
* Comment : 数据为 ‘a’的时候点亮LED2
数据为'b'的时候关断LED2
其他数据则直接串口打印出来
* Parameter: char型的数据，只支持单字符
* Return : null
* Author : Lingyu Meng
* Date : 2025-03-14 V0.2 original
************************************************************/
void process_data(uint8_t data)
{
if (data == 'a')
{
LED2_ON();
}
else if(data == 'b')
{
LED2_OFF();
}
else
{
usart_data_transmit(USART0, data_recv); // 发送数据
}
}
六、总结与注意事项
6.1 串口通信优势
实现简单
应用广泛
配合中断机制高效可靠
6.2 编程注意事项
初始化要完整、参数一致
中断处理后必须清除中断标志
使用串口调试助手验证数据发送
接线图
注意TX与RX相接
