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外观

十、串口打印信息 ​

配置流程 ​

一般我们使用串口，都需要有以下几个步骤。

  • 开启时钟（包括串口时钟和 GPIO 时钟）
  • 配置 GPIO 复用模式
  • 配置 GPIO 的模式
  • 配置 GPIO 的输出
  • 配置串口（配置一些参数）
  • 使能串口（串口使能和发送使能）

开启时钟 ​

使用串口 1 的话就是 PA9 和 PA10 引脚。那第一步就是先开启端口 A 的时钟，在库函数点灯那一章节给大家介绍了使能时钟的函数 RCC_APB2PeriphClockCmd，只需要传入对应的参数即可。使能端口 A 的时钟就把 GPIOA 的时钟当做参数传入。第二步就是开启串口的时钟，把对应的串口 1 的时钟 RCC_APB2Periph_USART1 传入即可。为了方便后续修改，把端口 A 的时钟和串口 1 的时钟用宏定义定义，如下：

c
#define BSP_USART_RCC       RCC_APB2Periph_USART1
#define BSP_USART_TX_RCC    RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define BSP_USART_RX_RCC    RCC_AHB1Periph_GPIOA

然后对应的使能时钟的代码就是

c
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);    //开启串口1的时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);      // 开启端口时钟
// RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);   // 开启端口时钟

配置 GPIO 复用模式 ​

STM32 的引脚是可以有复用功能的，就是说单个引脚可有很多个功能，默认的功能一般都是作为 GPIO 使用。在 STM32f4xx_gpio.h 中可以查找到设置复用的函数

void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource, uint8_t GPIO_AF);

这个函数有三个参数，第一个参数就是要配置的引脚端口，第二个参数就是要复用的功能，第三个参数就是要配置的引脚。关于最后一个 AF 参数可以到数据手册的第 62 页进行查找，如图所示。

从图可以看到 PA9 对应的 USART1_TX 的功能复用为 AF7，PA10 对应的 USART1_RX 的功能复用为 AF7，在库函数中官方已经封装了 AF 所以我们使用相应的参数：GPIO_AF_USART1 即可，代码编写如下。首先定义一下端口和复用功能的宏定义。

c
#define BSP_USART               USART1
#define BSP_USART_TX_PORT       GPIOA
#define BSP_USART_TX_PIN        GPIO_Pin_9
#define BSP_USART_RX_PORT       GPIOA
#define BSP_USART_RX_PIN        GPIO_Pin_10
#define BSP_USART_AF            GPIO_AF_USART1
#define BSP_USART_TX_AF_PIN     GPIO_PinSource9
#define BSP_USART_RX_AF_PIN     GPIO_PinSource10

然后调用复用函数使能复用功能。

c
//IO口用作串口引脚要配置复用模式
GPIO_PinAFConfig(BSP_USART_TX_PORT, BSP_USART_TX_AF_PIN, BSP_USART_AF);
GPIO_PinAFConfig(BSP_USART_RX_PORT, BSP_USART_RX_AF_PIN, BSP_USART_AF);

通过上面两句就可以把 PA9,PA10 设置为串口功能了。

配置 GPIO ​

配置 GPIO 的模式还是使用 GPIO_Init 这个函数，不同的是第二个参数要配置为复用功能而不是输出功能，第三个参数要配置为上拉，转化为代码如下。

c
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin           = BSP_USART_TX_PIN;    //TX引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode          = GPIO_Mode_AF;        //IO口用作串口引脚要配置复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed         = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType         = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd          = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin           = BSP_USART_RX_PIN;    //RX引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode          = GPIO_Mode_AF;        //IO口用作串口引脚要配置复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed         = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType         = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd          = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

配置串口 ​

我们依然使用结构体的方式进行配置串口数据，里面有些参数是必须要配置的：

  • 波特率：我们使用形参__Baud 可以自由调整波特率
  • 字节长度：8 位
  • 停止位：1 位停止位
  • 校验位：不需要校验位
  • 收发模式：收发
  • 流控选择：不流控

相关的代码：

c
USART_StructInit(&USART_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate              = __Baud;//设置波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength            = USART_WordLength_8b;//字节长度为8bit
USART_InitStructure.USART_StopBits              = USART_StopBits_1;//1个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity                = USART_Parity_No ;//没有校验位
USART_InitStructure.USART_Mode                  = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//将串口配置为收发模式
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl   = USART_HardwareFlowControl_None; //不提供流控
USART_Init(BSP_USART,&USART_InitStructure);//将相关参数初始化给串口1

USART_ClearFlag(BSP_USART,USART_FLAG_RXNE);//初始配置时清除接受置位

使能串口 ​

串口配置好之后并不能开始工作，还需要去使能，就是相当于有一个开关可以打开关闭。要使用串口，首先要打开总开关，

void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);

转化为代码为：

c
USART_Cmd(BSP_USART,ENABLE);    //开启串口1

到此，串口使能就可以使用了。

串口发送数据 ​

配置好串口之后，下一步的操作就是要发送数据。

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG)

这个函数是获取状态寄存器的标志。状态位选项为图所示。

从图可以了解到当将要发送的数据写入 USART_DATA 时，此位被清 0，当数据发送完成之后，此位置 1。所以当检测到此位为 1 时就表明当前数据缓冲区为空，可以继续发送数据。

关于串口发送数据可以封装为一个函数如下。

c
void usart_send_data(uint8_t ucch)
{
    USART_SendData(BSP_USART, (uint8_t)ucch);

        // 等待发送数据缓冲区标志置位
    while( RESET == USART_GetFlagStatus(BSP_USART, USART_FLAG_TXE) ){}
}

当我们调用

c
usart_send_data('h');
usart_send_data('e');
usart_send_data('l');
usart_send_data('l');
usart_send_data('o');

将会在串口助手打印 hello,如图所示。

这样一个字符一个字符的打印输出是不是很麻烦，没关系，我们可以再进行封装一层，一次发送一个字符串。

c
void usart_send_String(uint8_t *ucstr)
{
      while(ucstr && *ucstr)  // 地址为空或者值为空跳出
      {
        usart_send_data(*ucstr++);
      }
}

通过调用

c
usart_send_String("hello\r\n");

这一句就可以打印出 hello。

串口重定向 ​

上面封装的发送字符串的方式打印信息看似方便，但如果我们想要打印数字，小数，该怎么打印呢？大家是否习惯使用了 printf 这个函数，可以通过 %d,%f 打印整形和小数，这一小节就教大家怎么把串口重定向到 printf 函数。

串口重定向介绍 ​

C 语言中的 printf 函数默认输出设备是显示器，如果要在串口显示，必须重新定义标准库函数里调用的与输出设备相关的函数。需要注意的是，在 keil 中使用 printf 一定要勾选“微库”选项。

printf 重定向 ​

首先 c 语言的 printf 函数中不断循环调用 fputc 函数，所以需要重写 fputc 函数，这个函数的功能就是打印输出一个字符，这不正和我们编写的 usart_send_data 函数功能一样。fputc 函数可写为

c
#if !defined(__MICROLIB)
//不使用微库的话就需要添加下面的函数
#if (__ARMCLIB_VERSION <= 6000000)
//如果编译器是AC5  就定义下面这个结构体
struct __FILE
{
        int handle;
};
#endif

FILE __stdout;

//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
void _sys_exit(int x)
{
        x = x;
}
#endif

/* retarget the C library printf function to the USART */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
      USART_SendData(BSP_USART, (uint8_t)ch);

      while( RESET == USART_GetFlagStatus(BSP_USART, USART_FLAG_TXE) ){}

      return ch;
}

编写好 fputc 函数之后就可以使用 printf 函数输出信息了。

实验现象 ​

这一章节的代码

在开发板介绍百度网盘链接中：立创·梁山派·天空星STM32F407VET6开发板资料/第03章软件资料/代码例程/005 串口打印信息。

烧写我们的代码之后，打开串口调试助手，每隔 1s 会打印一次信息，信息分别为整数每隔 1s+1 和小数每隔 1s+0.11，打印信息如图所示。