什么是串口通信？基于STM32的printf打印輸出

　　前言：平時我們進行c語言編程的時候會經常用到printf函數(shù)進行打印輸出，來調試代碼?？墒沁@個printf函數(shù)C庫已經幫我們實現(xiàn)好了，通常只需要直接調用即可，但是如果在一個新的開發(fā)平臺，如果庫沒有幫我們實現(xiàn)好，比如STM32開發(fā)板，那么我們怎么實現(xiàn)printf打印輸出呢？

　　首先我們來了解一下串口通信！

　　1、什么是串口通信？

　　串口通信（Serial Communication），是指外設和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。

　　串口是一種接口標準，它規(guī)定了接口的電氣標準，沒有規(guī)定接口插件電纜以及使用的協(xié)議。

　　2、串口通信協(xié)議

　　在串口通信中，常用的協(xié)議包括RS-232、RS-422和RS-485。

　　?RS-232：標準串口，最常用的一種串行通訊接口。有三種類型（A，B和C），它們分別采用不同的電壓來表示on和off。最被廣泛使用的是RS-232C，它將mark（on）比特的電壓定義為-3V到-12V之間，而將space（off）的電壓定義到+3V到+12V之間。傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通訊而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。

　　?RS-422：最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。

　　?RS-485：從RS-422基礎上發(fā)展而來的，最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。

　　3、同步通信？異步通信？

　　同步通信：是一種比特同步通信技術，要求發(fā)收雙方具有同頻同相的同步時鐘信號，只需在傳送報文的最前面附加特定的同步字符，使發(fā)收雙方建立同步，此后便在同步時鐘的控制下逐位發(fā)送/接收。如：SPI總線，I2C總線。

　　異步通信：指兩個互不同步的設備通過計時機制或其他技術進行數(shù)據(jù)傳輸。也就是說，雙方不需要共同的時鐘。發(fā)送方可以隨時傳輸數(shù)據(jù)，而接收方必須在信息到達時準備好接收。如：串口（USART）

　　4、通信方式

　　?單工模式（Simplex Communication）：單向的數(shù)據(jù)傳輸。通信雙方中，一方為發(fā)送端，一方則為接收端。信息只能沿一個方向傳輸，使用一根傳輸線。雙方是固定的。

　　?半雙工模式（Half Duplex）：通信使用同一根傳輸線，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)又可以接收數(shù)據(jù)，但不能同時進行發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但是，在任何時刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。

　　?全雙工模式（Full Duplex）通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸。因此，全雙工通信是兩個單工通信方式的結合，它要求發(fā)送設備和接收設備都有獨立的接收和發(fā)送能力。在全雙工模式中，每一端都有發(fā)送器和接收器，有兩條傳輸線，信息傳輸效率高。

　　5、數(shù)據(jù)格式

　?。?）起始位：起始位必須是持續(xù)一個比特時間的“0”，標志傳輸一個字符的開始。

　?。?）數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位緊跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。數(shù)據(jù)位的位數(shù)可以由通信雙方共同約定，一般可以是5位、7位或8位。傳輸數(shù)據(jù)時先傳送字符的低位，后傳送字符的高位。

　?。?）奇偶校驗位：奇偶校驗位僅占一位，用于進行奇校驗或偶校驗，奇偶檢驗位不是必須有的。如果是奇校驗，需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有奇數(shù)個“1”；如果是偶校驗，需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有偶數(shù)個“1”

　?。?）停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由軟件設定。它一定是“1”，標志著傳輸一個字符的結束。

　?。?）空閑位：空閑位是指從一個字符的停止位結束到下一個字符的起始位開始，表示線路處于空閑狀態(tài)，必須由高電平來填充。

　　了解了串口通信的基礎知識之后，我們再來看看STM32開發(fā)板上是如何實現(xiàn)串口通信的，我以實現(xiàn)printf重定向為例來進行分析！

　　先看代碼：

　　main.c：

　　printf.c：

　　printf.h：

　　代碼分析：

　　1.串口初始化配置

　　學了STM串口通信之后，我們知道配置串口通信至少要配置：字長（一次傳送的數(shù)據(jù)長度），波特率（每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)），奇偶校驗位，還有停止位。當然我在

　　配置過程中把他們分別設為8，115200，No ，1。

　　串口的配置主要與USART_InitTypeDef這個結構體有關，里面存放了控制參數(shù)成員：

　　其實在學習32的時候，一般如果要用到32的內設或者外設，都要進行相應的初始化，也就是相應的結構體成員進行配置，而我們本次要實現(xiàn)的printf重定向，也

　　就用到了串口，所以也要對串口進行初始化！而我是用的USART2，所以要對其進行相應的配置。

　　查看STM32硬件原理圖：

　　由原理圖可知，這個串口是支持TTL電平的，接收數(shù)據(jù)RX是接在PA3管腳上的，發(fā)送數(shù)據(jù)是接在PA2上的。由于我是要輸出到PC上的串口終端，所以PA2要

　　設為復用推挽輸出模式，PA3設為復用開漏輸入模式。

　　查看stm32f10x_it.c這個代碼可知USART2是掛接在APB1總線上的，GPIO是掛在APB2總線上的，如下所示：

　　所以我們在進行時鐘初始化的時候要特別注意。

　　2.printf重定向

　　其實printf重定向就是我們將printf重新定向到串口，也就是我們可以自己重寫C的庫函數(shù)，當連接器檢查到用戶編寫了與C庫函數(shù)相同的名字，優(yōu)先采用

　　用戶編寫的函數(shù)這樣用戶就可以實現(xiàn)對庫的修改了。

　　printf函數(shù)實際是一個宏，最終調用的是 fputc（int ch，F(xiàn)ILE *f）這個函數(shù)，所以我們需要修改這個函數(shù)。

　　下面我們著重分析一下fputc函數(shù)：

　　這個庫函數(shù)調用了兩個ST庫函數(shù)，分別是：USART_GetFlagStatus（）與USART_SendData（），形參ch表示串口將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，也就是說。當使用printf（）時，它先調用fpuc（）函數(shù)，然后使用ST庫的串口發(fā)送函數(shù)USART_SendData（），把數(shù)據(jù)轉移到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TDR.觸發(fā)我們的串口向PC發(fā)送一個相應的數(shù)據(jù)，調用完USART_SendData（）之后，

　　使用 while（USART_GetFlagStatus（USART2，USART_FLAG_TC） ！= SET）語句不停的檢查串口的數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成的標志位TC，一直檢查到標志為“完成”，才進行下一步操作，

　　要注意的是USART_SendData（）每次只發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)！

　　注意：由于fputc（）函數(shù)的形參調用了C庫的FILE，所以在程序中加入stdio.h這個頭文件，便且在keil的編譯器的設置中勾選Use MicroLIB（使用微庫）

　　3.硬件連接

　　首先硬件上我們將USB轉串口線的TXD，RXD，GND，分別接在32開發(fā)板USART2上的RXD，TXD，GND。

　　由于USART2是TTL電平，所以我們用的usb轉串口線一定要是支持TTL電平的，否則串口通信不上！

　　4.效果圖

　　串口調試助手顯示：