第七章-STM32的USART模块

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嵌入式系统及其应用工学部电子教研室王婷第七章STM32的USART模块第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述(了解掌握)7.2串行通信的基本原理(重点掌握)7.3STM32F103的串行通信模块(学会查数据手册)7.4USART寄存器描述(学会查数据手册)7.5USART应用实例分析(实验中体现)第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述USART通用同步/异步串行收发器(universalsynchronous/asynchronousreceiver/transmitter)USART是微控制器中最常见、使用最频繁最方便的通信接口。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述串行通信在每个传输方向上仅使用一根传输线,具有如下优点:(1)成本大大降低(2)易于实现远距离传输,适合系统级集成中连接多个电路模块甚至是长达数千米的远程连接(3)工作频率可以更高,意味着可以实现非常高速率的数据传输。(4)通常支持简单的数据传输协议或规范,支持数据确认机制,在使用上更加方便。串行通信的缺点:需要传输的字节数据或者字数据必须逐位通过串行连接线传输,因此与同样工作频率的并行总线相比,数据吞吐量大大降低。串行和并行:第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述异步传输和同步传输异步传输——简单、低效•每一字符的起始时刻是任意的;•每个字符的前后都有起始和终止信号以实现同步。同步传输——高效、复杂•无时钟信号线的同步传输通过特殊的数字信号编码方法实现同步•有时钟信号线的同步传输通过增加的时钟信号线来实现同步第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述尽管USART模块在设计上经常既支持同步传输也支持异步传输,但是在具体应用时,最常用的仍然是异步模式,特别是一些早期的设计往往仅支持异步传输,称为通用异步传输器UART。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述数据传输速率(1)数据传输速率通常以每秒传输的二进制位数来含衡量,单位为比特/秒,常写为bps(bitpersecond)。(2)波特率每秒钟传输码元的个数,其单位为波特(Baud)。对一个码元只能取两种值的二进制数来说,1Baud就等于1bps。由于在数据通信中,采用二进制传输的情况比较普遍,故常用波特率来表示数据传输速率了。但在多电平值传输和调制情况下,1Baud就要大于1bps了。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述单工、双工方式单工(Simplex)只能单向进行发送或接收的工作方式双工(Duplex)半双工(HDX)发送和接收只能分时进行,不能同时进行。全双工(FDX)发送和接收能同时进行。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理•USART的扩展——RS-232C接口和标准RS232是最常见的串行通信标准。它由美国电子工业协会EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定,在全世界获得了极为广范的应用,它规定了连接电缆和接口的机械特性、电气特性、信号功能及传送过程。老式计算机中俗称的COM1、COM2接口就是RS232C接口的具体实例。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理RS-232C主要特征•异步传输、可实现全双工通信•接口简单、历史长许多PC机和智能仪器设备都配备•性能指标低下传输距离不大于15m传输速率小于20Kbps•正在逐步退出历史舞台但仍有一段漫长的过程。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理RS-232C背景•最初为DTE(DataTerminalEquipment)与DCE(DataCommunicationEquipment)而制定的。•通常计算机属于DTE,而调制解调器属于DCE;•RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”,是站在DTE立场上来定义的。•PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。RS-232C标准它规定了:•连接电缆和机械(连接器)、信号功能、电气特性及传输过程。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理RS-232C的连接器•DB25和DB9RS232常用的连接器机械接口形式第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理RS-232C的逻辑信号电平采用负逻辑第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理RS-232C的逻辑信号电平MCU的USART工作电平参照的是MCU的供电电压,通常只有3—5V,无法实现远距离传输。为增加传输距离,RS232接口模块通常会在USART基础上增加电平转换电路,将电平范围拓展到±15V,以抵抗长距离传输引起的衰减。在RS232中,逻辑高电平规定为-5V—15V(通常为-12V),逻辑低电平为+5V—+15V(通常为+12V),传输距离可达25m,传输速率可达38.4Kbps或更高。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理RS-232C信号线定义DB-9DB-25助记符信号方向功能18DCDDTE←DCE数据载波检测DataCarrierDetect23RXDDTE←DCE接收数据ReceivedData32TXDDTE→DCE发送数据TransmittedData420DTRDTE→DCE数据终端就绪DataTerminalReady57SG-信号地SignalGround66DSRDTE←DCE数据装置就绪DataSetReady74RTSDTE→DCE请求发送RequesttoSend85CTSDTE←DCE清除发送ClearToSend922RIDTE←DCE振铃指示RingIndicator第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理(1)无握手RS232的使用非常简单方便,在传输距离较近、对可靠性要求不高时,只连接DB9中的2,3和5三根线(分别是RxD,TxD和SG)即可实现全双工数据通信,其中,2和3交叉连接,这种连接方式常出现在系统调试临时使用中。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理(2)全握手为了支持可靠数据传输,可以采用硬件全握手方式连接,如图所示。即启用RTS/CTS和DSR/DTR这两对信号线,特别是RTS/CTS直接用于硬件握手机制支持。在这种方式下,通信双方都把对方当做数据终端设备看待,双方都可发可收,通信双方的任何一方,只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。RTS与CTS互联:只要请求发送,就会立即得到允许DTR与DSR互联:只要本端准备好,就会认为本端可以立即接收。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理(3)循环回送握手真正参与远程传输的也只有3根线,如图7-2(c)所示,但此时己方的RTS和CTS,DSR和DTR相连接,避免了引脚悬空诱发潜在问题。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理数据的校验方法•作用——保证数据传输的正确性•常用的校验方法奇偶校验循环冗余码(CRC)校验第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理EIARS-232C与TTL转换:RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接,必须在RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件,也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件,如MC1488可完成TTL电平到EIA电平的转换,而MC1489可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。第七章STM32的USART模块7.2串行通信的基本原理通信接口电路第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述RS-232C的数据传输属于异步传输TXD:DTE→DCERXD:DCE→DTED0D1D2D3D4D5D6D70/1StartStopD0StartD70/1Stop第N-1字符第N+1字符第N字符起始位停止位检验位数据位第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述RS-485背景:EIA在1977年制定了新标准RS-449。新标准除了与RS-232C兼容外,在提高传输速率、增加传输距离、改进电气性能方面作了很大努力。RS-449标准有多个子集:分别为RS-422A、RS-423A和RS-485。其中RS-485在控制系统中得到了广泛的应用。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述RS-485的特点:(1)RS485接口同样基于USART模块实现,但是采用了与RS232不同的电气标准(2)RS485采用差分传输模式代替RS232的非平衡传输模式,大大提高了抗干扰性,基于普通双绞线的传输距离可达1200m。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述RS-485特点:(3)常用于在工业应用中组建各种低成本网络,特别是许多工业现场总线都采用了RS485作为底层电气传输标准。(4)与RS232不同的是,RS485一般采用两线制,只能支持半双工方式通信,所幸的是绝大部分实际应用中,半双工通信已经足够。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述RS-485的性能指标:一种多发送器的电路标准,是RS-422A改进。性能指标:•最大传输距离可达1200m•传输速率可达100kbps(1200m)~10Mbps(12m)。第七章STM32的USART模块7.1串行通信概述RS-485(1)半双工通信(2)全双工通信(3)通信网络半双工通信网全双工通信网(4)传输线的选择和阻抗匹配第七章STM32的USART模块31半双工通信RtRt234Vcc8167GND5DRABMAX481/483/485/487234Vcc8167GND5DRABMAX481/483/485/487VccVccRERODEDIDIDERORE7.1串行通信概述第七章STM32的USART模块全双工通信9105Vcc1421211GND6DRNC1NC8NC1334GND7MAX489/4919105Vcc1421211GND6DRNC1NC8NC1334GND7MAX489/491RtRtVccVccRERERORORODIDIDIDEDEDE7.1串行通信概述第七章STM32的USART模块234167MAX481234167MAX481234167MAX481234167MAX481120Ω120ΩDEDEDEDIDIDIROROROREREREDEDIRORE通信网络半双工通信网7.1串行通信概述第七章STM32的USART模块34521112910MAX48934521112910MAX48934521112910MAX48934521112910MAX489120Ω120Ω120Ω120ΩDEDIROREDEDIROREDEDIROREDEDIRORE通信网络全双工通信网7.1串行通信概述第七章STM32的USART模块RS-485传输线的选择和阻抗匹配*选择双绞线以抑制共模干扰由于双绞线在长度、方向上完全对称,因而它们所受的外界干扰程度完全相同,干扰信号以共模方式出现。*采用阻抗匹配的方法来消除反射信号在传输线上传输,若遇到阻抗不匹配的情况,会出现反射现象,从而影响信号的远距离传输。因此必须在传输线终端加接匹配电阻来消除反射现象。7.1串行通信概述第七章STM32的USART模块7.4USART寄存器描述寄存器描述USART_SR状态寄存器USART_DR数据寄存器USART_BRR波特比率寄存器USART_CR1控制寄存器1USART_CR2控制寄存器2USART_CR3控制寄存器3USART_GTPR保护时间和预分频寄存器第七章STM32的USART模块

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