【西门子杯工业嵌入式-5-串口实现数据收发】

链接: B站视频

一、通信基础

1.1 什么是通信

信息从一个设备传输到另一个设备的过程

生活中的通信例子（通话、短信、上网）

1.2 嵌入式系统中的通信

微控制器与外设信息交互的关键方式

分类方式：

按传输介质：有线通信 vs 无线通信

按传输方式：串行通信 vs 并行通信

按同步方式：同步通信 vs 异步通信

二、串行通信原理

2.1 串行通信简介

基本方式

特点：一条数据线、按位传输、硬件简单

2.2 通信参数约定

关键参数：波特率、数据位、停止位、奇偶校验

参数不一致导致通信失败的例子（摩斯电码类比）

三、GD32F470 串口资源与性能

3.1 串口硬件资源

支持8个 USART/UART 接口

支持全双工通信

可配置波特率，最高10.5Mbps

内置16位波特率发生器

支持DMA和多种中断

四、串口通信的实现

4.1 串口初始化流程

启用 GPIO 和 USART 时钟

配置 GPIO 引脚复用功能（AF7, PA9, PA10）

设置 GPIO 模式为复用输出

串口复位并配置通信参数（波特率、校验、字长、停止位）

启用串口发送与接收功能

关闭流控 RTS/CTS

配置并启用 USART 中断

void USART0_Config(void)
{rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);    // 使能GPIO时钟rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);   // 使能串口时钟gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10);				//配置端口复用gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9);  		//端口类型配置为复用gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);  gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_10);  	//端口类型配置为复用	gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);  usart_deinit(USART0);    						// 串口复位usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT);   // 字长为8位usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT);     // 停止位1位usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE);		// 无校验usart_baudrate_set(USART0, 115200U);     		// 波特率115200usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);     // 接收使能usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);   // 发送使能usart_hardware_flow_rts_config(USART0, USART_RTS_DISABLE);usart_hardware_flow_cts_config(USART0, USART_CTS_DISABLE);usart_enable(USART0);          							// 串口使能
}

4.2 串口发送函数编写

定义发送函数：传入数据指针和长度

轮询发送：等待发送完成标志

使用 usart_data_transmit() 实现字符逐个发送

```css
void USART0_SendData(uint16_t *buf,uint16_t len){uint16_t t;for(t=0;t<len;t++)      {           while(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC) == RESET);  usart_data_transmit(USART0,buf[t]);}     while(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC) == RESET);          
}

4.3 使用 printf 实现串口输出

重定向 fputc()

使能 MicroLib，配置标准输出到串口

printf 实质上也是通过 usart_data_transmit() 实现的

int fputc(int ch, FILE *f)
{usart_data_transmit(USART0, (uint8_t)ch);while(RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));return ch;
}

五、串口接收中断机制

5.1 接收中断原理

接收缓冲区非空时触发中断

避免轮询方式，提高实时性

应用场景：传感器数据采集、远程控制、通信协议实现等

5.2 接收中断配置

启用 USART 接收功能

启用接收缓冲区非空中断

编写中断服务函数

判断中断类型

读取数据并存储

清除中断标志，避免死循环

void USART0_Config(void)
{rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);    // 使能GPIO时钟rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);   // 使能串口时钟gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10);				//配置端口复用gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9);  		//端口类型配置为复用gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);  gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_10);  	//端口类型配置为复用	gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);  usart_deinit(USART0);    						// 串口复位usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT);   // 字长为8位usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT);     // 停止位1位usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE);		// 无校验usart_baudrate_set(USART0, 115200U);     		// 波特率115200usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);     // 接收使能usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);   // 发送使能usart_hardware_flow_rts_config(USART0, USART_RTS_DISABLE);usart_hardware_flow_cts_config(USART0, USART_CTS_DISABLE);nvic_irq_enable(USART0_IRQn, 0, 0);usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_RBNE);usart_enable(USART0);          							// 串口使能}/************************************************************ * Function :       USART0_IRQHandler* Comment  :       串口中断服务函数，用来接收串口数据* Parameter:       null* Return   :       null* Author   :       Lingyu Meng* Date     :       2025-03-14 V0.2 original
************************************************************/
void USART0_IRQHandler(void)
{if(RESET != usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_RBNE)){			data_recv = usart_data_receive(USART0);    //  接收串口数据usart_interrupt_flag_clear(USART0, USART_INT_FLAG_RBNE); 	//清除接收中断标志位process_data(data_recv); 		//处理数据}    
}/************************************************************ * Function :       process_data* Comment  :       数据为 ‘a’的时候点亮LED2数据为'b'的时候关断LED2其他数据则直接串口打印出来* Parameter:       char型的数据，只支持单字符* Return   :       null* Author   :       Lingyu Meng* Date     :       2025-03-14 V0.2 original
************************************************************/
void process_data(uint8_t data)
{if (data == 'a'){LED2_ON();}else if(data == 'b'){LED2_OFF();}else{usart_data_transmit(USART0, data_recv);    //  发送数据 }}

六、总结与注意事项

6.1 串口通信优势

实现简单

应用广泛

配合中断机制高效可靠

6.2 编程注意事项

初始化要完整、参数一致

中断处理后必须清除中断标志

使用串口调试助手验证数据发送

接线图

注意TX与RX相接