STM32 proteus + STM32Cubemx仿真教程（第四课串口教程）

前言

本篇文章开始带大家学习如何使用proteus和STM32Cubemx来完成STM32的学习，第四节课我们来学习串口通信。

proteus使用8.9版本。

STM32Cubemx使用6.3版本。

一、串口通信概念讲解

串口通信概念

串口通信（Serial Communication）是一种数据传输方式，它通过一根数据线按位（bit）顺序发送数据。这种方式通常用于长距离数据传输以及需要简单硬件连接的场合。常见的串口通信接口有RS-232、RS-485、USB等。

串行通信和并行通信

串行通信（Serial Communication）：数据按位（bit）顺序通过一条或几条数据线传输，传输速度较慢，但电缆长度可以较长，适合远距离传输。

并行通信（Parallel Communication）：数据同时通过多条数据线传输（通常为8位或16位），传输速度较快，但电缆长度有限，适合短距离传输，如计算机内部总线。

（此图片参考https://new.juyingele.com/news/2704.html）

波特率

波特率（Baud Rate）是指每秒钟传输的符号（或波特）数量。在串行通信中，通常一个符号代表一个比特（bit）。常见的波特率有9600、19200、38400、57600、115200等。波特率越高，数据传输速度越快，但对传输介质的要求也越高。

串口数据帧格式

在串口通信中，数据是以帧的形式发送的。一个典型的数据帧包括以下几个部分：
起始位（Start Bit）：用于通知接收端数据传输的开始，通常为1位。
数据位（Data Bits）：实际的数据内容，通常为5位到8位。
校验位（Parity Bit）：用于错误检测，可以有无校验、奇校验或偶校验。
停止位（Stop Bits）：用于标识一帧数据的结束，通常为1位或2位。
示例：8N1格式
8：表示8个数据位。
N：表示无校验位（None）。
1：表示1个停止位。

同步通信和异步通信

在串口通信中，数据传输的时间控制方式主要分为同步通信（Synchronous Communication）和异步通信（Asynchronous Communication）。这两种方式在数据传输的时间协调上有所不同。

同步通信（Synchronous Communication）

概念：
同步通信是指发送端和接收端在同一个时钟信号（Clock Signal）的控制下进行数据传输。时钟信号确保数据传输的时序一致，发送端和接收端同时按照时钟的节奏发送和接收数据。

特点：

1. 时钟信号：需要额外的一条线传输时钟信号，保证发送和接收同步。
2. 高速传输：由于有时钟信号同步，可以实现高速数据传输。
3. 复杂性：硬件和协议实现较为复杂，需要发送和接收双方保持时钟同步。

应用：

• SPI（Serial Peripheral Interface）
• I2C（Inter-Integrated Circuit）
• CAN（Controller Area Network）

示例：
在SPI通信中，主设备（Master）生成时钟信号，所有从设备（Slave）都以这个时钟信号为基准进行数据传输。

异步通信（Asynchronous Communication）

概念：
异步通信不使用共享的时钟信号，而是通过起始位（Start Bit）和停止位（Stop Bit）来标识数据帧的开始和结束。数据传输的时间间隔可以不一致，接收端通过起始位和停止位来确定每个数据帧的位置。

特点：

1. 无需时钟信号：不需要额外的时钟线，降低了硬件复杂度。
2. 灵活性高：数据可以在任意时间发送和接收，适合不定期数据传输。
3. 较低速率：由于需要增加起始位和停止位，数据传输速率相对较低。

应用：

• RS-232串口通信
• UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）

示例：
在UART通信中，每个数据帧由一个起始位、5到8个数据位、一个可选的校验位和一个或两个停止位组成。接收端通过检测起始位来同步，并在停止位时重新准备接收下一帧数据。

对比总结

实际应用

• 同步通信：适用于需要高数据传输速率和精确时序控制的场合，如嵌入式系统中传感器数据采集、存储设备通信等。
• 异步通信：适用于不定期数据传输且对时序要求不高的场合，如计算机与外设的通信、远距离低速数据传输等。

通过了解同步通信和异步通信的基本原理和区别，可以在实际应用中选择合适的通信方式，确保系统的可靠性和效率。

串口通信连接方式

串口通信的连接方式主要涉及四个重要的引脚：接收数据（RX）、发送数据（TX）、地（GND）和电源（VCC）。正确连接这些引脚可以确保设备之间的数据传输顺畅和可靠。

连接方式：

• 设备A的VCC连接设备B的VCC（如果需要）

典型连接示例

假设我们有两个设备：设备A和设备B。它们的串口引脚连接如下：

图示

设备A                     设备B
+---------+               +---------+
|         |               |         |
|    TX  -|-------------->|-  RX    |
|         |               |         |
|    RX  -|<--------------|-  TX    |
|         |               |         |
|   GND  -|-------------->|-  GND   |
|         |               |         |
|   VCC  -|-------------->|-  VCC   |
+---------+               +---------+

二、STM32Cubemx创建工程

这里我们选择使用串口1来完成这次的实验。

PA10作为串口接收数据的引脚。

PA9作为串口发送数据的引脚。

三、proteus仿真电路图

首先找到串口：

连接串口线：

这里需要注意的就是RXD是连接到单片机上面的RXD，TXD是连接到单片机上面的TXD，大家不要连接反了。

找到虚拟终端：

这里的连线就是RXD - TXD，TXD-RXD。

整体仿真图：

四、代码编写

下面先给大家讲解一下串口的发送函数：

HAL_UART_Transmit函数是STM32 HAL库（硬件抽象层库）中用于通过UART（通用异步收发传输器）接口发送数据的函数。STM32 HAL库为开发者提供了一个高层次的接口，以简化STM32微控制器外设的操作。HAL_UART_Transmit函数可以在非阻塞或阻塞模式下工作，具体取决于传输完成前是否需要等待。

函数定义和原型

HAL_UART_Transmit函数的原型通常如下所示：

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

参数说明

• UART_HandleTypeDef *huart: 指向UART句柄的指针。该句柄包含了UART外设的配置信息和状态信息，通常在初始化UART外设时设置。
• uint8_t *pData: 指向要发送的数据缓冲区的指针。
• uint16_t Size: 要发送的数据字节数。
• uint32_t Timeout: 发送操作的超时时间（以毫秒为单位）。如果在指定时间内没有完成发送操作，函数将返回超时错误。

返回值

该函数返回一个HAL_StatusTypeDef类型的值，表示函数的执行结果。可能的返回值包括：

• HAL_OK：操作成功。
• HAL_ERROR：操作失败。
• HAL_BUSY：UART正在进行其他操作。
• HAL_TIMEOUT：操作超时。

示例代码

以下是一个使用HAL_UART_Transmit函数发送数据的示例代码：

int main(void)
{
    while (1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "Hello World\r\n", sizeof("Hello World\r\n") - 1, 1000);
        HAL_Delay(1000); // 延时1秒
    }
}

运行效果：

总结

本篇文章就讲解到这里，大家有什么疑问都可以留言。

本篇文章代码和工程将放在微信公众号中。

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