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STM32串口通訊實作——USB轉串口

2021-10-27 18:26:53 其他

一、RS232，TTL簡介

RS232是個人計算機的通訊介面之一，一般會有兩組RS323介面，分別為COM1和COM2，電平標準為+12V為邏輯負，-12為邏輯正，
TTL電平為5V為邏輯正，0為邏輯負，這樣的資料通信及電平規定方式，被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統，這是計算機處理器控制的設備內部各部分之間通信的標準技術，

二、串口通訊原理

了解了RS232和TTL兩種通信標準后，就可以開始了解串口通信USART了，
UART ：通用異步收發傳輸器，它將要傳輸的資料在串行通信與并行通信之間加以轉換，作為把并行輸入信號轉成串行輸出信號的芯片，同樣它是串行通信介面 UART只有資料線收和發，并無時鐘線，故為異步串行通信介面，可以實作全雙工傳輸和接收；在嵌入式中，常用與上位機與外設通信，
串口通信的概念非常簡單，串口按位發送和接收位元組，盡管比按位元組的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送資料的同時用另一根線接收資料，它很簡單并且能夠實作遠距離通信，一般來說有3種串口通訊方式，

  1. 兩設備通過232標準通訊
    用控制器發出TTL電平，然后經過電平轉換芯片轉換為RS232電平，然后通過D89介面進行通訊

  2. 用USB轉串口進行通訊
    用控制器發出TTL電平，然后經過電平轉換芯片轉換，然后通過USB介面和USB轉串口進行通訊，需要安裝CH340驅動，本博客就主要針對這種方式進行串口通訊，

  3. TTL電平之間直接通訊
    不需要控制器和轉換芯片，直接使用TTL電平進行通訊，

三、生成檔案

1.建立工程

打開Keil5軟體，新建一個工程，然后添加一個.s檔案，點擊魔法棒選擇Output選項，勾選Creat Hex File，
在這里插入圖片描述

2.輸入代碼

在.s檔案當中輸入以下代碼，代碼是在別人的博客當中復制的，

;RCC暫存器地址映像             
RCC_BASE            EQU    0x40021000 
RCC_CR              EQU    (RCC_BASE + 0x00) 
RCC_CFGR            EQU    (RCC_BASE + 0x04) 
RCC_CIR             EQU    (RCC_BASE + 0x08) 
RCC_APB2RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x0C) 
RCC_APB1RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x10) 
RCC_AHBENR          EQU    (RCC_BASE + 0x14) 
RCC_APB2ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x18) 
RCC_APB1ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x1C) 
RCC_BDCR            EQU    (RCC_BASE + 0x20) 
RCC_CSR             EQU    (RCC_BASE + 0x24) 
                              
;AFIO暫存器地址映像            
AFIO_BASE           EQU    0x40010000 
AFIO_EVCR           EQU    (AFIO_BASE + 0x00) 
AFIO_MAPR           EQU    (AFIO_BASE + 0x04) 
AFIO_EXTICR1        EQU    (AFIO_BASE + 0x08) 
AFIO_EXTICR2        EQU    (AFIO_BASE + 0x0C) 
AFIO_EXTICR3        EQU    (AFIO_BASE + 0x10) 
AFIO_EXTICR4        EQU    (AFIO_BASE + 0x14) 
                                                           
;GPIOA暫存器地址映像              
GPIOA_BASE          EQU    0x40010800 
GPIOA_CRL           EQU    (GPIOA_BASE + 0x00) 
GPIOA_CRH           EQU    (GPIOA_BASE + 0x04) 
GPIOA_IDR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x08) 
GPIOA_ODR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x0C) 
GPIOA_BSRR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x10) 
GPIOA_BRR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x14) 
GPIOA_LCKR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x18) 
                                                       
;GPIO C口控制                   
GPIOC_BASE          EQU    0x40011000 
GPIOC_CRL           EQU    (GPIOC_BASE + 0x00) 
GPIOC_CRH           EQU    (GPIOC_BASE + 0x04) 
GPIOC_IDR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x08) 
GPIOC_ODR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x0C) 
GPIOC_BSRR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x10) 
GPIOC_BRR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x14) 
GPIOC_LCKR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x18) 
                                                           
;串口1控制                       
USART1_BASE         EQU    0x40013800 
USART1_SR           EQU    (USART1_BASE + 0x00) 
USART1_DR           EQU    (USART1_BASE + 0x04) 
USART1_BRR          EQU    (USART1_BASE + 0x08) 
USART1_CR1          EQU    (USART1_BASE + 0x0c) 
USART1_CR2          EQU    (USART1_BASE + 0x10) 
USART1_CR3          EQU    (USART1_BASE + 0x14) 
USART1_GTPR         EQU    (USART1_BASE + 0x18) 
                            
;NVIC暫存器地址                
NVIC_BASE           EQU    0xE000E000 
NVIC_SETEN          EQU    (NVIC_BASE + 0x0010)     
;SETENA暫存器陣列的起始地址 
NVIC_IRQPRI         EQU    (NVIC_BASE + 0x0400)     
;中斷優先級暫存器陣列的起始地址 
NVIC_VECTTBL        EQU    (NVIC_BASE + 0x0D08)     
;向量表偏移暫存器的地址     
NVIC_AIRCR          EQU    (NVIC_BASE + 0x0D0C)     
;應用程式中斷及復位控制暫存器的地址                                                
SETENA0             EQU    0xE000E100 
SETENA1             EQU    0xE000E104 
                            
                              
;SysTick暫存器地址            
SysTick_BASE        EQU    0xE000E010 
SYSTICKCSR          EQU    (SysTick_BASE + 0x00) 
SYSTICKRVR          EQU    (SysTick_BASE + 0x04) 
                              
;FLASH緩沖暫存器地址映像     
FLASH_ACR           EQU    0x40022000 
                             
;SCB_BASE           EQU    (SCS_BASE + 0x0D00) 
                             
MSP_TOP             EQU    0x20005000               
;主堆疊起始值                
PSP_TOP             EQU    0x20004E00               
;行程堆疊起始值             
                            
BitAlias_BASE       EQU    0x22000000               
;位帶別名區起始地址         
Flag1               EQU    0x20000200 
b_flas              EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (0*4))               
;位地址 
b_05s               EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (1*4))               
;位地址 
DlyI                EQU    0x20000204 
DlyJ                EQU    0x20000208 
DlyK                EQU    0x2000020C 
SysTim              EQU    0x20000210 


;常數定義 
Bit0                EQU    0x00000001 
Bit1                EQU    0x00000002 
Bit2                EQU    0x00000004 
Bit3                EQU    0x00000008 
Bit4                EQU    0x00000010 
Bit5                EQU    0x00000020 
Bit6                EQU    0x00000040 
Bit7                EQU    0x00000080 
Bit8                EQU    0x00000100 
Bit9                EQU    0x00000200 
Bit10               EQU    0x00000400 
Bit11               EQU    0x00000800 
Bit12               EQU    0x00001000 
Bit13               EQU    0x00002000 
Bit14               EQU    0x00004000 
Bit15               EQU    0x00008000 
Bit16               EQU    0x00010000 
Bit17               EQU    0x00020000 
Bit18               EQU    0x00040000 
Bit19               EQU    0x00080000 
Bit20               EQU    0x00100000 
Bit21               EQU    0x00200000 
Bit22               EQU    0x00400000 
Bit23               EQU    0x00800000 
Bit24               EQU    0x01000000 
Bit25               EQU    0x02000000 
Bit26               EQU    0x04000000 
Bit27               EQU    0x08000000 
Bit28               EQU    0x10000000 
Bit29               EQU    0x20000000 
Bit30               EQU    0x40000000 
Bit31               EQU    0x80000000 


;向量表 
    AREA RESET, DATA, READONLY 
    DCD    MSP_TOP            ;初始化主堆疊 
    DCD    Start              ;復位向量 
    DCD    NMI_Handler        ;NMI Handler 
    DCD    HardFault_Handler  ;Hard Fault Handler 
    DCD    0                   
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    SysTick_Handler    ;SysTick Handler 
    SPACE  20                 ;預留空間20位元組 








                 
;代碼段 
    AREA |.text|, CODE, READONLY 
    ;主程式開始 
    ENTRY                            
    ;指示程式從這里開始執行 
Start 
    ;時鐘系統設定 
    ldr    r0, =RCC_CR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit16 
    str    r1, [r0] 
    ;開啟外部晶振使能  
    ;啟動外部8M晶振 
                                            
ClkOk           
    ldr    r1, [r0] 
    ands   r1, #Bit17 
    beq    ClkOk 
    ;等待外部晶振就緒 
    ldr    r1,[r0] 
    orr    r1,#Bit17 
    str    r1,[r0] 
    ;FLASH緩沖器 
    ldr    r0, =FLASH_ACR 
    mov    r1, #0x00000032 
    str    r1, [r0] 
            
    ;設定PLL鎖相環倍率為7,HSE輸入不分頻 
    ldr    r0, =RCC_CFGR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) 
    orr    r1, #Bit10 
    str    r1, [r0] 
    ;啟動PLL鎖相環 
    ldr    r0, =RCC_CR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit24 
    str    r1, [r0] 
PllOk 
    ldr    r1, [r0] 
    ands   r1, #Bit25 
    beq    PllOk 
    ;選擇PLL時鐘作為系統時鐘 
    ldr    r0, =RCC_CFGR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) 
    orr    r1, #Bit10 
    orr    r1, #Bit1 
    str    r1, [r0] 
    ;其它RCC相關設定 
    ldr    r0, =RCC_APB2ENR 
    mov    r1, #(Bit14 :OR: Bit4 :OR: Bit2) 
    str    r1, [r0]      


    ;IO埠設定 
    ldr    r0, =GPIOC_CRL 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit28 :OR: Bit29)          
    ;PC.7輸出模式,最大速度50MHz  
    and    r1, #(~Bit30 & ~Bit31)   
    ;PC.7通用推挽輸出模式 
    str    r1, [r0] 
            
    ;PA9串口0發射腳 
    ldr    r0, =GPIOA_CRH 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit4 :OR: Bit5)          
    ;PA.9輸出模式,最大速度50MHz  
    orr    r1, #Bit7 
    and    r1, #~Bit6 
    ;10：復用功能推挽輸出模式 
    str    r1, [r0]    


    ldr    r0, =USART1_BRR   
    mov    r1, #0x271 
    str    r1, [r0] 
    ;配置波特率-> 115200 
                   
    ldr    r0, =USART1_CR1   
    mov    r1, #0x200c 
    str    r1, [r0] 
    ;USART模塊總使能 發送與接收使能 
    ;71 02 00 00   2c 20 00 00 
             
    ;AFIO 引數設定             
    ;Systick 引數設定 
    ldr    r0, =SYSTICKRVR           
    ;Systick裝初值 
    mov    r1, #9000 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =SYSTICKCSR           
    ;設定,啟動Systick 
    mov    r1, #0x03 
    str    r1, [r0] 
            
    ;NVIC                     
    ;ldr   r0, =SETENA0 
    ;mov   r1, 0x00800000 
    ;str   r1, [r0] 
    ;ldr   r0, =SETENA1 
    ;mov   r1, #0x00000100 
    ;str   r1, [r0] 
              
    ;切換成用戶級執行緒式模式 
    ldr    r0, =PSP_TOP                   
    ;初始化執行緒堆疊 
    msr    psp, r0 
    mov    r0, #3 
    msr    control, r0 
              
    ;初始化SRAM暫存器 
    mov    r1, #0 
    ldr    r0, =Flag1 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyI 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyJ 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyK 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =SysTim 
    str    r1, [r0] 
               
;主回圈            
main            
    ldr    r0, =Flag1 
    ldr    r1, [r0] 
    tst    r1, #Bit1                 
    ;SysTick產生0.5s,置位bit 1 
    beq    main                  ;0.5s標志還沒有置位       
     
    ;0.5s標志已經置位 
    ldr    r0, =b_05s                
    ;位帶操作清零0.5s標志 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 
    bl     LedFlas 


    mov    r0, #'H' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'e' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #' ' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'w' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'r' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'d' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'\n' 
    bl     send_a_char
	
	b      main
            
              
            
;子程式 串口1發送一個字符 
send_a_char 
    push   {r0 - r3} 
    ldr    r2, =USART1_DR   
    str    r0, [r2] 
b1 
    ldr    r2, =USART1_SR  
    ldr    r2, [r2] 
    tst    r2, #0x40 
    beq    b1 
    ;發送完成(Transmission complete)等待 
    pop    {r0 - r3} 
    bx     lr 


                 
;子程式 led閃爍 
LedFlas      
    push   {r0 - r3} 
    ldr    r0, =Flag1 
    ldr    r1, [r0] 
    tst    r1, #Bit0 
    ;bit0 閃爍標志位 
    beq    ONLED        ;為0 打開led燈 
    ;為1 關閉led燈 
    ldr    r0, =b_flas 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 
    ;閃爍標志位置為0,下一狀態為打開燈 
    ;PC.7輸出0 
    ldr    r0, =GPIOC_BRR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit7 
    str    r1, [r0] 
    b      LedEx 
ONLED       
    ;為0 打開led燈 
    ldr    r0, =b_flas 
    mov    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
    ;閃爍標志位置為1,下一狀態為關閉燈 
    ;PC.7輸出1 
    ldr    r0, =GPIOC_BSRR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit7 
    str    r1, [r0] 
LedEx        
    pop    {r0 - r3} 
    bx     lr 
                                
;例外程式 
NMI_Handler 
    bx     lr 


HardFault_Handler 
    bx     lr 
              
SysTick_Handler 
    ldr    r0, =SysTim 
    ldr    r1, [r0] 
    add    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
    cmp    r1, #500 
    bcc    TickExit 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =b_05s  
    ;大于等于500次 清零時鐘滴答計數器 設定0.5s標志位 
    ;位帶操作置1 
    mov    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
TickExit    
    bx     lr 
                                                                           
    ALIGN            
    ;通過用零或空指令NOP填充,來使當前位置與一個指定的邊界對齊 
    END

3.生成.hex檔案

輸入代碼編譯后就會在工程目錄下生成一個.hex檔案
在這里插入圖片描述

四、燒錄程式

打開mcuisp軟體，然后選擇生成的.hex檔案進行燒錄,記得進行設定，如圖所示
在這里插入圖片描述

五、運行除錯

燒錄完成后復位，打開串口除錯助手，找到生成的.hex檔案，然后將引數設定好，因為都是默認的，所以這里不需要設定，然后點擊打開串口就完成了
在這里插入圖片描述

六、波形觀測

同樣的，我們可以通過Keil5進行仿真，用邏輯分析儀觀測波形，不需要接入硬體，具體打開方法可以參考我的上一篇博客鏈接: 使用STM32CubeMX生成代碼點亮流水燈——基于HAL庫.
點擊Setup Logic Analyzer添加引腳，在也可以選擇View里面選擇Symbol window然后在Special Funtion Register里面選擇USART1_SR引腳，然后拖到邏輯分析儀視窗，點擊Setup Logic Analyzer設定一下，Type設定為Bit，
在這里插入圖片描述
最后點擊run運行即可
在這里插入圖片描述

七、總結

通過此次實驗，了解到了串口通訊的方式之一——USB轉串口進行通訊，具體的操作其實很簡單，但是需要了解背后的原理，才能進一步掌握串口通訊的方式，并且通過Keil5的邏輯分析儀的仿真波形也是非常有用的觀測實驗結果的方式，并且能夠迅速的查找錯誤，如果程式出錯，根據波形能夠直觀的了解程式運行錯誤的步驟，
參考資料： 基于 MDK 創建 STM32 匯編程式：串口輸出 Hello world.

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