2.调试串口

百问网f103开发板笔记

STM32F103有3个通用同步异步收发器（USART）， 2个通用同步异步收发器（ UART），USART和UART的主要区别在于， USART支持同步通信，该模式有一根时钟线提供时钟。

串口在嵌入式中经常使用，常见的用途如下：
1. 作为调试口，打印程序运行的状态信息；
2. 连接串口接口的模块（比如GPS模块），传输数据；
3. 通过电平转换芯片变为RS232/RS485电平，连接工控设备；

可以把USART分成四部分：
1： USART引脚
TX：数据发送；
RX：数据接收；
SW_RX：在单线和智能卡模式下接收数据，属于内部引脚，没有具体外部引脚；
RTS：在硬件流控制时，用于指示本设备准备好可接收数据，低电平说明本设备可以接收数据；
CTS：在硬件流控制时，用于指示本设备准备好可发送数据，低电平说明本设备可以发送数据；
CK：在同步模式时，用于输出时钟；

2：波特率发生器
通过设置USART_BRR寄存器的值，实现串口通信数据传输速率的设置。由《参考手册》可知计算公式为：

其中“为波特率，为该外设USART的时钟频率，这里的fPCLKx(x=1、2)是给外设的时钟(PCLK1用于USART2、3、4、5，PCLK2用于USART1) ，USARTDIV”为USART_BRR寄存器的值。
假设所需波特率为115200，当前USART时钟为72MHz，则USARTDIV=72000000/(115200*16)=39.0625。
USART_BRR寄存器使用高12位[15:4]存放整数部分，低4位[3:0]存放小数部分，小数部分每一位对应1/24=0.0625。因此，整数39对应16进制为0x27，左移4位为0x270，小数0.0625，对应0x1， USART_BRR=0x271即可。
在利用寄存器配置USART的波特率的时候需要依据此公式计算USART_BRR的值，而在HAL库中无需计算，只需传入所需波特率，自动写USART_BRR寄存器值，但是我们仍然要学习这个波特率的计算公式，也许的开发调试过程中会使用到。

前面计算波特率需要知道外设时钟的值， USART1挂载APB1上， USART2/3
和USART4/5挂载APB2上。 APB1时钟最大为36MHz， APB2时钟最大为72MHz。因此，
只有USART1的波特率计算中的能取最大系统时钟72MHz，而其它的USART/UART只能取36MHz。

3：发送器/接收器控制单元
通过向控制寄存器CR1、 CR2、 CR3和状态寄存器SR写入相应的位，可实现对USART数据的发送和接收控制。其中CR1主要用于配置USART的数据位、校验位和中断使能， CR2用于配置USART的停止位和SCLK时钟控制， CR3用于CTS硬件流控制、 DMA多缓冲控制等。通过读取状态寄存器SR的值，可查询USART的状态。
4：数据收发寄存器单元
该部分主要由发送数据寄存器（ TDR）、发送移位寄存器、接收数据寄存器（ RDR）、接收移位寄存器组成。发送移位寄存和接收移位寄存器，分别负责将发送数据并串转换和接收数据串并转换，从而实现数据在传输时，是一位一位的发送和接收

hal库手写实现

需要两个文件

stm32f1xx_conf.h配置

初始化USART
USART初始化包含两部分： 协议部分和硬件部分。
协议部分与硬件无关，比如USART的波特率、奇偶校验、停止位等，通过“ HAL_UART_Init()” 设置。
硬件部分指承载的硬件载体，比如串口所使用的发送、接收引脚的复用，通过“ HAL_UART_MspInit()”
设置。函数名中的Msp（ MCU Specific Package， MCU特定软件包），就是指MCU相关的硬件初始化。

driver_usart.h（引脚宏定义）

/*********************
* 引脚宏定义
**********************/
#define USARTx USART1
#define USARTx_TX_PIN GPIO_PIN_9
#define USARTx_RX_PIN GPIO_PIN_10
#define USARTx_PORT GPIOA
#define USARTx_GPIO_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define USARTx_CLK_EN() __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE()
#define USARTx_CLK_DIS() __HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE()

driver_usart.c

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* husart)
{
// 定义 GPIO 结构体对象
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(husart->Instance==USARTx)
{
// 使能 USART1 的时钟
USARTx_CLK_EN();
// 使能 USART1 的输入输出引脚的时钟
USARTx_GPIO_CLK_EN();
/**USART1 GPIO Configuration
PA9 ------> USART1_TX
PA10 ------> USART1_RX
*/
GPIO_InitStruct.Pin = USARTx_TX_PIN; // 选择 USART1 的 TX 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 配置为复用推挽功能
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 引脚翻转速率快
HAL_GPIO_Init(USARTx_PORT, &GPIO_InitStruct); // 初始化 TX 引脚
GPIO_InitStruct.Pin = USARTx_RX_PIN; // 选择 RX 引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT; // 配置为输入
HAL_GPIO_Init(USARTx_PORT, &GPIO_InitStruct); // 初始化 RX 引脚
}
}

HAL_UART_Init()会调用“HAL_UART_MspInit()” ，从而实现对涉及的硬件初始化，用户需要覆
写（ HAL库提供函数名，函数内容需要自己编写）该函数，完成使能串口时钟、初始化TX/RX的引脚、设置USART1的中断优先级且使能中断等。

driver_usart.c

/*
* 定义全局变量
*定义一个“ UART_HandleTypeDef”结构体（官方也称句柄）变量husart，用于保存串口参数设置
*/
UART_HandleTypeDef husart;//

void UsartInit(uint32_t baudrate)
{
husart.Instance = USARTx; // 选择 USART1
husart.Init.BaudRate = baudrate; // 配置波特率
husart.Init.WordLength = USART_WORDLENGTH_8B; // 配置数据有效位为 8bit
husart.Init.StopBits = USART_STOPBITS_1; // 配置一位停止位
husart.Init.Parity = USART_PARITY_NONE; // 不设校验位
husart.Init.Mode = USART_MODE_TX_RX; // 可收可发
husart.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;//流控设置，没有用到（ CTS/RTS）,通常设置为None;
// 使用库函数初始化 USART1 的参数
if (HAL_UART_Init(&husart) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}

重定向打印函数
以上初始化完成后，就可以使用HAL库提供的“ HAL_UART_Transmit()” 从串口发送数据，使用
“ HAL_UART_Receive()”接收数据。
重定向打印函数，在使用printf 时调用“ HAL_UART_Transmit()”打印

driver_usart.c

int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&husart, (uint8_t*)&ch, 1, 10);
return ch;
}

int fgetc(FILE *f)
{
uint8_t ch = 0;
HAL_UART_Receive(&husart, (uint8_t*)&ch, 1, 10);
return (int)ch;
}

printf和scanf会分别调用“ fputc()” 和“ fgetc()”，因此这里覆写这两个函数，使用HAL提供的函数实现收发数据。同时，还需要需要点击“ ”，打开工程选项界面，切换到“ Target”标签，勾选上“ Use MicroLIB”，

也可以添加如下代码，就不用勾选“ Use MicroLIB” ，两个方法二选其一即可

driver_usart.c

/*
* 添加如下代码，可不在工程设置中勾选 Use MicroLIB
*/
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int a;
};
FILE __stdout;
FILE __stdin;
void _sys_exit(int x)
{ }

中文打印测试；如果编译报错，需要点击“ ”，打开工程选项界面，切换到“C/C++”标签，
在“ Misc Controls”里加上“ "--locale=english"

软件生成

测试main.c

UsartInit(115200);
// 在 windows 下字符串\n\r 表示回车
// 如果工程在编译下面这句中文的时候报错，请在魔术棒“Option for target”->"C/C++"->"Misc Controls"添加“--locale=english”
printf("百问科技 www.100ask.net\n\r");
printf("UART 实验\n\r");
printf("test char = %c,%c\n\r", 'H', 'c');
printf("test string1 = %s\n\r", "www.100ask.net");
printf("test string2 = %s\n\r", "深圳百问网科技有限公司");
printf("test decimal1 number = %d\n\r", 123456);
printf("test decimal2 number = %d\n\r", -123456);
printf("test hex1 number = 0x%x\n\r", 0x123456);
printf("test hex2 number = 0x%08x\n\r", 0x123456);
printf("test float = %.5f\n\r", 3.1415);
printf("test double = %.10lf\n\r", 3.141592653);
printf("\r\n 键盘输入‘C’或者‘c’控制串口打印‘Hello world’");
while(1)
{
scanf("%c", &cmd);
if(cmd=='C' || cmd=='c')
{
cmd = 0;
printf("\r\nHello World.");
}
HAL_Delay(100);
}

模拟器运行（芯片是stm32f103ze）