探索TXE、TC、RXNE标志位在串口通信中的轮询与中断应用

浅谈一下STM32串口中断之TXE,TC,RXNE标志位

之前做一个项目，用到了串口中断，但是对TXE、TC和RXNE标志位的作用和使用方法不是很清楚，导致在调试过程中遇到了一些问题。通过查阅相关资料和实际操作，我对这三个标志位有了更深入的了解，因此决定写这篇博客，分享我的经验和心得。如果对您有所帮助，点点关注，不迷路哦

墨小羽ovo个人主页

前言

在STM32中，串口通信是一种常用的通信方式，而串口中断是一种高效的通信方式，它可以在数据发送或接收时自动触发中断，从而实现数据的实时处理。在串口中断中，TXE、TC和RXNE是三个非常重要的标志位，它们分别表示发送数据寄存器为空、发送完成和接收数据寄存器非空。本文将简要介绍这三个标志位的作用和使用方法。

写这篇博客的原因

1.串口发送数据的时候出现丢包，调试代码调试不出来
2.我区分不出来串口中断，发送一串字符串时候，是不是每次都触发中断，还是只触发一次中断，是发送完第一个字符就触发串口发送中断，还是发送完所有字符才触发中断。

1. 串口通信代码编写流程

在STM32中，串口通信的代码编写流程如下：
    1. 配置串口引脚和时钟。
    2. 配置串口参数，如波特率、数据位、停止位等。
    3. 配置串口中断，如发送中断、接收中断等。初始化NVIC
    4. 启动串口。
    5. 在中断服务程序中处理数据发送和接收。

在这里插入图片描述

1.1 FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG) 和void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG)

1.第一个函数用于获取串口标志位的状态，第二个函数用于清除标志位
2.这两个函数是轮询的方式，即不断检查标志位的状态，直到标志位为1或者超时。这种方式虽然简单，但是效率较低，因此在实际应用中，通常会使用中断的方式来处理数据发送和接收。

1.2 USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState)和void USART_ITClearPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT)

1.函数用于使能或禁用串口中断，

2.第二个函数是清除中断标志位的

1.3 USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)

函数用于向串口发送数据，其中USARTx表示串口类型，Data表示要发送的数据。函数返回值为void类型，没有返回值。

1.4 USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx)

函数用于从串口接收数据，其中USARTx表示串口类型。函数返回值为uint16_t类型，表示接收到的数据。

2.发送接收示意图

在这里插入图片描述

2.1 发送示意图

在这里插入图片描述

个人理解：
1.当要发送一个字符时，数据A放入TDR后，发送到移位寄存器后，触发TXE标志位，然后发送完成，触发TC标志位。

2. TXE标志位

TXE标志位表示发送数据寄存器为空，即可以发送数据。当发送数据寄存器为空时，TXE标志位会被置1，此时可以发送数据。在发送数据时，需要先判断TXE标志位是否为1，如果为1，则可以将数据写入发送数据寄存器，否则需要等待TXE标志位为1。

2.1 轮询方式发送-TXE标志位的使用

在发送数据时，需要先判断TXE标志位是否为1，如果为1，则可以将数据写入发送数据寄存器，否则需要等待TXE标志位为1。例如，以下代码演示了如何使用TXE标志位发送数据：
（1）发送一个字符

USART_SendData(USART1, 'A');

（2）发送两个字符（错误示范）

USART_SendData(USART1, 'A');

USART_SendData(USART1, 'B');
原因：1.USART_SendData()函数只是将数据放在TDR寄存器中，
2.还没来得及发送到移位寄存器，就又往TDR寄存器中放数据，导致数据丢失

（3）发送多个字符（正确示范）

USART_SendData (USART1，"H');
while (USART_GetFlagstatus(USART1，USART_FLAG_TXE) == RESET);USART_SendData (USART1，'K');
while (USART_GetFlagStatus ( USART1，USART_FLAG_TXE) == RESET);USART_SendData (USART1，”G');
while (USART_GetFlagstatus( USART1，USART_FLAG_TXE) == RESET);

输出运行结果：
HKG
（4）发送字符串
在这里插入图片描述

1.发送字符串时，最后加一个TC标志位的判断

2.不然，当发送最后一个字符时候，TXE标志位变为1，而此时最后一个字符只是发送到了移位寄存器，还没来得及
发送出去，所以需要等待TC标志位为1，才能关闭串口发送
，不然会导致数据丢失

2.2 中断方式发送-TXE标志位的使用

补充：1.TXE：发送寄存器空中断，使能TXE后
，当TDR发送数据寄存器为空时，会触发中断，在中断服务程序中发送数据。
2.TXE在复位后，默认为1，即默认开启发送中断。所以如果没有真正发送数据，TXE中断都会
触发，影响程序运行，所以初始化时候需要关闭TXE中断。
3. 使用TXE中断，发送字符，都是在中断服务程序中发送的。
示例程序：
void USART_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t *Data)
{
pDataByte = Data;
USART_ITConfig(USARTx, USART_IT_TXE, ENABLE); //使能发送中断
}
void USART1_IRQHandler(void)
{
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TXE) != RESET)
{
USART_SendData(USART1, *pDataByte);
pDataByte++;
if (*pDataByte == ‘\0’)
{
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, DISABLE); //发送完毕，关闭发送中断
}
}
}

3. TC标志位

TC标志位表示发送完成，即数据已经发送完毕。当数据发送完毕时，TC标志位会被置1，此时可以关闭串口发送中断，或者进行其他操作。在发送数据时，需要先判断TC标志位是否为1，如果为1，则可以关闭串口发送中断，否则需要等待TC标志位为1。
在这里插入图片描述

理解：
1.使用TC标志位，需要先读SR寄存器，再写入DR寄存器，或者是通过写入’0’来清除。

3.1 轮询方式发送-TC标志位的使用

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
USART_SendData (USART1，"H');
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
USART_SendData (USART1，"k');
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
USART_SendData (USART1，"G');
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);

运行结果：
HKG

3.2 中断方式发送-TC标志位的使用

1. 使用TC标志位，是发送一个字节后进入中断的，后续的发送都是在中断服务函数中进行的。

2.可以在初始化时候，USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);使能TC中断

  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);//Tramsimssion Complete后，才产生中断. 开TC中断必须放在这里,否则还是会丢失第一字节

  USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能USART1

示例程序：
1.使用TC标志位，需要先读SR寄存器，再写入DR寄存器，或者是通过写入’0’来清除。

void USART_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t *Data)
{
    pDataByte = Data;
   USART_ClearFlag(USARTX,USART_FLAG_TC); //清除TC标志位
  USART_SendData(USART1, *(pDataByte++) ); //必须要++，不然会把第一个字符t发送两次
    
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) != RESET)
    {
        USART_SendData(USART1, *pDataByte++);
        if (*pDataByte == '\0')
        {
             USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);//不然TC一直是set, TCIE也是打开的,导致会不停进入中断.
        }
    }
}

4. RXNE标志位

在这里插入图片描述

理解：
1.当接收到一个字符时，数据A放入RDR寄存器，然后触发RXNE标志位，然后读取RDR寄存器中的数据，最后清除RXNE标志位。
补充：当接收移位寄存器从RX引脚接收到
一个字节的数据后，数据会自动存入RDR寄存器，并触发RXNE标志位。这时候RXNE等于1，说明数据可以读出来。
2.当接收缓冲区为空时，RXNE标志位为0，此时可以等待接收数据。

3.当接收缓冲区非空时，RXNE标志位为1，此时可以读取接收缓冲区中的数据。

4.1 轮询方式接收-RXNE标志位的使用

有了TXE的经验
2.不断轮询获取
RXNE标志位，当RXNE为1时，读取RDR寄存器中的数据，然后清除RXNE标志位。

示例程序：

uint8_t USART ReceiveByte(USART_TypeDef USARTx)
{
while(USART_GetF1agStatus(USARTx,USART_FLAG_RXNE)==RESET);
return (uint8_tfUSART_ReceiveData(USART1) ; 
)

4.2 中断方式接收-

RXNE标志位的使用

注意：

1.初始化完串口接收中断的代码后，当接收数据时候，硬件会自动将数据放入RDR寄存器中，然后触发RXNE标志位

2. 硬件会检测到接收数据，自动跳转到中断处理函数

接收1个字节触发一次接收中断

3.RXNE（Receive Data register not empty interrupt）- 每接受到一个字节产生中断，接受寄存器不为空时，产生中断 —读寄存器DR清零，也可软件手动清零

使用方法：

1. 开启中断，初始化NVIC

NVIC结构体
：

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

2. 在中断服务函数中，读取RDR寄存器中的数据，然后清除RXNE标志位。

3. 在中断处理函数中，读取RXNE标志位，当RXNE==1时，说明接收到数据，可以读出数据了

void USART1_IRQHandler(void)
{
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
    uint16_t Data = USART_ReceiveData(USART1);
    // 处理接收到的数据
    USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    //可以把接收的数据再打印出来
    USART_SendData(USART1, Data);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
}
}

参考资料

海创电子-STM32F103入门篇，阶段-阶段二

STM32串口通信
keysking串口原理与中断模式收发

总结

TXE、TC和RXNE等标志位在串口通信中扮演着至关重要的角色，它们的状态直接决定了数据的发送和接收过程。通过深入了解轮询和中断两种模式的工作原理和应用场景，我们可以更加灵活地选择适合自己项目的通信方式，从而实现更高效、更可靠的串口通信。希望本教程能够对大家在物联网开发过程中有所帮助。最后呢，在编写博客的过程中，我尽量保持内容的准确性和完整性，但也难免会有疏漏或错误之处。欢迎各位读者指出其中的问题，帮助我不断进步。谢谢大家的阅读，