基于STM32F4单片机USART寄存器控制的设计.doc

基于STM32F4单片机USART寄存器控制的设计USART又叫通用同步异步收发器，塔提供了一种灵活的方法与工业使用标准NRZ异步春航数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择，支持同步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN（局部互联网），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，使用多换成器配置的DMA方式，可以实现高速数据通信。USART寄存器控制框图如下可通过对 USART_CR1 寄存器中的 M 位进行编程来选择 8（置0） 位或 9（置1） 位的字长。TX 引脚在起始位工作期间处于低电平状态。在停止位工作期间处于高电平状态。空闲字符可理解为整个帧周期内电平均为“1”（停止位的电平也是“1”），该字符后是下一个数据帧的起始位。停止字符可理解为在一个帧周期内接收到的电平均为“0”。发送器在中断帧的末尾插入 1 或 2 个停止位（逻辑“1”位）以确认起始位。发送和接收由通用波特率发生器驱动，发送器和接收器的使能位分别置 1 时将生成相应的发送时钟和接收时钟。字符发送USART 发送期间，首先通过 TX 引脚移出数据的最低有效位。该模式下，USART_DR 寄存 器的缓冲区 （TDR） 位于内部总线和发送移位寄存器之间。每个字符前面都有一个起始位，其逻辑电平在一个位周期内为低电平。字符由可配置数量的停止位终止。USART 支持以下停止位：0.5（智能卡模式下接收数据使用）、1（默认）、1.（智能卡模式下发送与接收使用）5 和 2（正常USART模式，单线模式和调制解调器模式支持该值） 个停止位。注意：数据发送期间不应复位 TE 位。发送期间复位 TE 位会冻结波特率计数器，从而将损坏 TX 引 脚上的数据。当前传输的数据将会丢失。使能 TE 位后，将会发送空闲帧。停止位的配置步骤：1.通过向%20USART_CR1%20寄存器中的%20UE%20位写入%201%20使能%20USART。2.%20对%20USART_CR1%20中的%20M%20位进行编程以定义字长。3.%20对%20USART_CR2%20中的停止位数量进行编程。4.%20如果将进行多缓冲区通信，请选择%20USART_CR3%20中的%20DMA%20使能%20（DMAT）。按照多缓冲区%20通信中的解释说明配置%20DMA%20寄存器。5.%20使用%20USART_BRR%20寄存器选择所需波特率。6.%20将%20USART_CR1%20中的%20TE%20位置%201%20以便在首次发送时发送一个空闲帧。7.%20在%20USART_DR%20寄存器中写入要发送的数据（该操作将清零%20TXE%20位）。为每个要在单缓%20冲区模式下发送的数据重复这一步骤。8.%20向%20USART_DR%20寄存器写入最后一个数据后，等待至%20TC=1。这表明最后一个帧的传送已%20完成。禁止%20USART%20或进入暂停模式时需要此步骤，以避免损坏最后一次发送。单字节通信始终通过向数据寄存器写入数据来将%20TXE%20位清零。TXE%20位由硬件置%201，它表示：%20数据已从%20TDR%20移到移位寄存器中且数据发送已开始。%20TDR%20寄存器为空。%20USART_DR%20寄存器中可写入下一个数据，而不会覆盖前一个数据。TXEIE%20位置%201%20时该标志位会生成中断。发送时，要传入%20USART_DR%20寄存器的写指令中存有%20TDR%20寄存器中的数据，该数据将在当%20前发送结束时复制到移位寄存器中。未发送时，要传入%20USART_DR%20寄存器的写指令直接将数据置于移位寄存器中，数据发送开%20始时，TXE%20位立即置%201。如果帧已发送（停止位后）且%20TXE%20位置%201，TC%20位将变为高电平。如果%20USART_CR1%20寄存器%20中的%20TCIE%20位置%201，将生成中断。向%20USART_DR%20寄存器中写入最后一个数据后，必须等待至%20TC=1，之后才可禁止%20USART%20或使微控制器进入低功率模式。TC%20位通过以下软件序列清零：1.从%20USART_SR%20寄存器读取数据2.%20向%20USART_DR%20寄存器写入数据注意：还可通过向%20TC%20位写入“0”将其清零。建议仅在多缓冲区通信时使用此清零序列。中断字符将 SBK 位置 1 将发送一个中断字符。中断帧的长度取决于 M 位。（见上图USART字符说明）如果 SBK 位置“1”，当前字符发送完成后，将在 TX 线路上发送一个中断字符。中断字符 发送完成时（发送中断字符的停止位期间），该位由硬件复位。USART 在上一个中断帧的 末尾插入一个逻辑“1”位，以确保识别下个帧的起始位。注意：如果软件在中断发送开始前对 SBK 位进行了复位，将不会发送中断字符。对于两个连续的中 断，应在上一个中断的停止位发送完成后将 SBK 位置 1。空闲字符将 TE 位置 1 会驱动 USART 在第一个数据帧之前发送一个空闲帧。（见上图USART字符说明）字符接收（位数取决于M位）起始位检测无论设置为16 倍或 8 倍过采样时，起始位检测序列相同都以16倍过采样检测。在 USART 中，识别出特定序列的采样时会检测起始位。该序列为：1 1 1 0 X 0 X 0 X 0 0 0 0。注意：如果序列不完整，起始位检测将中止，接收器将返回空闲状态（无标志位置 1）等待下降沿。如果 3 个采样位均为 0（针对第 3 位、第 5 位和第 7 位进行首次采样时检测到这 3 位均为 0； 针对第 8 位、第 9 位和第 10 位进行第二次采样时检测到这 3 位均为 0），可确认起始位 （RXNE 标志位置 1，RXNEIE=1 时生成中断）。如果两次采样时（对第 3 位、第 5 位和第 7 位进行采样以及对第 8位、第 9 位和第 10 位进 行采样），3 个采样位中至少有 2 个为 0，则可验证起始位（RXNE 标志位置 1，RXNEIE=1 时生成中断）但 NE 噪声标志位置 1。如果不满足此条件，则启动检测中止，接收器返回空 闲状态（无标志位置 1）。如果其中一次采样时（对第 3 位、第 5 位和第 7 位进行采样或对第 8 位、第 9 位和第 10 位 进行采样），3 个采样位中有 2 个为 0，则可验证起始位但 NE 噪声标志位置 1。字符接收USART 接收期间，首先通过 RX 引脚移入数据的最低有效位。该模式下，USART_DR 寄存 器的缓冲区 （RDR） 位于内部总线和接收移位寄存器之间。步骤：1.通过向 USART_CR1 寄存器中的 UE 位写入 1 使能 USART。2. 对 USART_CR1 中的 M 位进行编程以定义字长。3. 对 USART_CR2 中的停止位数量进行编程。4. 如果将进行多缓冲区通信，请选择 USART_CR3 中的 DMA 使能 （DMAR）。按照多缓冲 区通信中的解释说明配置 DMA 寄存器。步骤 35. 使用波特率寄存器 USART_BRR 选择所需波特率6. 将 RE 位 USART_CR1 置 1。这一操作将使能接收器开始搜索起始位。接收到字符时 RXNE 位置 1。这表明移位寄存器的内容已传送到 RDR。也就是说，已接收到并可读取数据（以及其相应的错误标志）。 如果 RXNEIE 位置 1，则会生成中断。 如果接收期间已检测到帧错误、噪声错误或上溢错误，错误标志位可置 1。 在多缓冲区模式下，每接收到一个字节后 RXNE 均置 1，然后通过 DMA 对数据寄存器执行读操作清零。 在单缓冲区模式下，通过软件对 USART_DR 寄存器执行读操作将 RXNE 位清零。RXNE标志也可以通过向该位写入零来清零。RXNE 位必须在结束接收下一个字符前清零，以避免发生上溢错误。注意：接收数据时，不应将 RE 位复位。如果接收期间禁止了 RE 位，则会中止接收当前字节。中断字符接收到中断字符时，USART 将会按照帧错误对其进行处理。空闲字符检测到空闲帧时，处理步骤与接收到数据的情况相同；如果 IDLEIE 位为 1，则会产生中断。上溢错误如果在 RXNE 未复位时接收到字符，则会发生上溢错误。RXNE 位清零前，数据无法从移位 寄存器传送到 RDR 寄存器。每接收到一个字节后，RXNE 标志位都将置 1。当 RXNE 标志位是 1 时，如果在接收到下一 个数据或尚未处理上一个 DMA 请求时，则会发生上溢错误。发生上溢错误时： ORE 位置 1。 RDR 中的内容不会丢失。对 USART_DR 执行读操作时可使用先前的数据。 移位寄存器将被覆盖。之后，上溢期间接收到的任何数据都将丢失。 如果 RXNEIE 位置 1 或 EIE 与 DMAR 位均为 1，则会生成中断。 通过先后对 USART_SR 寄存器和 USART_DR 寄存器执行读操作将 ORE 位清除。注意：ORE 位置 1 时表示至少 1 个数据丢失。存在两种可能： 如果 RXNE=1，则最后一个有效数据存储于接收寄存器 RDR 中并且可进行读取； 如果 RXNE=0，则表示最后一个有效数据已被读取，因此 RDR 中没有要读取的数据。接收到新（丢失）数据的同时已读取 RDR中的最后一个有效数据时，会发生该情况。读取序列期间（在 USART_SR 寄存器读访问与 USART_DR 读访问之间）接收到新数据时也会发生该情况。选择合适的过采样方法接收器采用不同的用户可配置过采样技术（除了同步模式下），可以从噪声中提取有效数据。可通过编程 USART_CR1 寄存器中的 OVER8 位来选择采样方法，且采样时钟可以是波特率 时钟的 16 倍或 8 倍。根据应用： 选择 8 倍过采样 （OVER8=1） 以获得更高的速度（高达 fPCLK/8）。这种情况下接收器对时钟偏差的最大容差将会降低。 选择 16 倍过采样 （OVER8=0） 以增加接收器对时钟偏差的容差。这种情况下，最大速度限制为最高 fPCLK/16可通过编程 USART_CR3 寄存器中的 ONEBIT 位选择用于评估逻辑电平的方法。有两种选择： 在已接收位的中心进行三次采样，从而进行多数表决。这种情况下，如果用于多数表决的 3 次采样结果不相等，NF 位置 1。 在已接收位的中心进行单次采样根据应用： 在噪声环境下工作时，请选择三次采样的多数表决法 （ONEBIT=0）；在检测到噪声时请拒绝数据，因为这表示采样过程中产生了干扰。 线路无噪声时请选择单次采样法 （ONEBIT=1） 以增加接收器对时钟偏差的容差。这种情况下NF 位始终不会置 1。帧中检测到噪声时： 在 RXNE 位的上升沿时 NF 位置 1。 无效数据从移位寄存器传送到 USART_DR 寄存器。 单字节通信时无中断产生。然而，在 RXNE 位产生中断时，该位出现上升沿。多缓冲区通信时，USART_CR3 寄存器中的 EIE 位置 1 时将发出中断。通过先后对 USART_SR 寄存器和 USART_DR 寄存器执行读操作将 NF 位清零。注意：智能卡、IrDA 和 LIN 模式下不可采用 8 倍过采样。在这些模式下，OVER8 位由硬件强制 清零。