STM32——串口（UART）使用

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分类专栏： STM32 文章标签：单片机嵌入式硬件 stm32

于 2024-01-02 08:54:27 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_56399733/article/details/135291236

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本文围绕STM32串口通信展开，先介绍数据通信基本概念，如串并行、单双工、同步异步通信等，接着阐述RS - 232接口标准。详细讲解STM32的USART，包括简介、框图、寄存器及配置步骤。还介绍了USART的HAL库配置方法，最后给出实验源码与现象。

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写在前面：本节我们学习STM32F1串口，说实话，对于一个初学者来说，在学习这节内容的时候，牵涉的一些知识使我也很困惑。特别是利用HAL库的中断回调机制。至此，对于有些内容我依旧是感到迷惑，还是希望多看，多试尽力的有一个好的理解。

3.3.1控制寄存器1（USART_CR1）

3.3.2控制寄存器2（USART_CR2）

3.3.3控制寄存器3（USART_CR3）

3.3.4数据寄存器(USART_0DR)

3.3.5状态寄存器（USART_SR）

3.3.6波特率寄存器（USART_BRR）

4.2配置串口工作参数：HAL_UART_Init()

4.3串口底层初始化：HAL_UART_MSPInit()

4.4 HAL_UART_Receive_IT 函数

4.5 HAL_UART_Transmit函数

一、数据通信的基本概念

在学习单片机中，数据的通信是不可缺少的一部分，比如：模块之间的数据传输，单片机同上位机之间的数据传输，而不同的数据传输拥有不同的传输协议。比如：UART、IIC、SPI、USB等等。所以在使用这些传输方式之前，我们需要对一些基本的概念做一了解。

1.1串并行通信

按照数据通信方式分为：串行通信与并行通信；

串行通信：数据逐位按顺序依次进行传输；

并行通信：数据各位通过多条线同时进行传输；（8位、16位、32位等）

1.2单工、半双工与全双工通信

根据数据传输方向，通信又可分为全双工、半双工和单工通信；

单工：指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反方向传输，如校园广播。

半双工：指数据传输可以沿着两个方向，但是需要分时进行，如对讲机。

全双工：指数据可以同时进行双向传输，日常的打电话属于这种情形。

1.3同步、异步通信

根据数据同步方式，通信又可分为同步通信和异步通信。

同步通信：要求通信双方共用同一时钟信号，在总线上保持统一的时序和周期完成信息传输。

异步通信：不需要时钟信号，而是在数据信号中加入开始位和停止位等一些同步信号，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来，某些通信中还需要双方约定传输速率。

同步通信：共用一根时钟信号；

异步通信：没有时钟信号，通过在数据信号中加入起始位和检验位等同步信号；

1.4通信速率

通信速率：指数据在信道中的传输速度；它分为两种：传信率和传码率。

传信率：每秒钟传输的信息量，即每秒钟传输的二进制位数，单位为 bit/s（即比特每秒），因而又称为比特率。

传码率：每秒钟传输的码元个数，单位为 Baud（即波特每秒），因而又称为波特率。

采用二进制的时候，波特率和比特率数值上相等。我们需要知道的是，在通信时，需要保证通信双方的传输速率相同，这样才能保证数据传输过程中不会出错。

1.5常见的串行通信接口

接口名称	通信线	通信方式	数据传输方向
UART	TXD RXD GND	异步	全双工
I-wire	DQ	异步	半双工
IIC	SCL SDA	同步	半双工
SPI	SCK MISO MOSI CS	同步	全双工

注：不是有两根数据线就是全双工，而是有输入、输出信道才为全双工；

二、串行通信接口(RS-232)

什么是串口呢？

串口是指串行通信接口：指按位发送和接收的接口；也称为串口通信。像UART、IIC、SPI都属于串口通信，但是三者存在一定的差距也就是所谓的协议。

什么是串行通信接口标准呢？

是指用来进行串行通信的物理接口标准，它只表征了电气特性，而不涉及到接插件、电缆、协议等。

对于RS-232接口标准来说：

数据线：

TXD——串口数据输出；

RXD——串口数据输入；

电平：

逻辑1：-15到-3V；

逻辑0：+3到+15V

显然，从电平标准来说，RS-232的电平不能同coms/TTL电平（32单片机、51单片机）进行交换信息；因此在使用该接口标准的时候需要进行转化电路。

电路中添加一个 USB 转串口芯片，就可以实现 USB 通信协议和标准 UART 串行通信协议的转换，而我们开发板上的 USB 转串口芯片是 CH340C 这个芯片

串口通信协议：

串口通信的数据包由发送设备的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口。在串口通信的协议层中，规定了数据包的内容，它由起始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。

1、启动位：必须占用1个位长，保持逻辑0电平；

2、有效数据位：地位在前，高位在后，可为5.6.7.8.9位长；

3、检验位：可选占1个位长也可以没有；

4、停止位：必须有，可选占0.5、1、1.5、2个位长；

三、STM32的USART

3.1 USART简介

stm32的usart是开发板实现串口通信的外设；

USART:通用同步异步收发器；

UART：通用异步收发器；

USART/UART都可以与外部设备进行全双工异步通信，对于USAR可以同步也可以异步，我们常用的是异步。

特点：

1、全双工异步通信；2、单线半双工通信；3、单独的发送器与接收器使能位；4、可配置使用DMA的多缓冲器通信；4、多个带标志的中断源。

STM32F1 有 3 个 USART 和 2 个 UART，其中 USART1 的时钟源来于 APB2 时钟，其最大频率为 72MHz，其他 4 个串口的时钟源可以来于 APB1 时钟，其最大频率为 36MHz。

3.2 USART框图

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