STM32 串口与USART

1. 串口基础知识

1.1 串口简介

• 硬件传递数据的接口
• 硬件通讯按照各种协议传递信息

1.2 常见通讯接口对比

名称	引脚	双工	时钟	电平	设备
USART	TX、RX	全双工	异步	单端	点对点
I2C	SCL、SDA	半双工	同步	单端	多设备
SPI	SCLK、MOSI、MISO、CS	全双工	同步	单端	多设备
CAN	CAN_H、CAN_L	半双工	异步	差分	多设备
USB	DP、DM	半双工	异步	差分	点对点

1.3 串口连接

• 简单的串口通讯通过两个通信线连接（TX、RX）
• 单向通讯时，只需要单线就行

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2. 电平标准

2.1 常见电平标准

• TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0
• RS232电平：-3~-15V表示1，+3~+15V表示0
• RS485电平：两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号）

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3. 串口参数及时序

3.1 串口参数

• 波特率：串口通信的速率
• 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平
• 数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行
• 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来
• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

3.2 时序说明

• 1帧共10位：起始位 + 8位数据位 + 停止位
• 1帧共11位：起始位 + 8位数据位 + 校验位 + 停止位
• 空闲状态：高电平
• 数据传输：低位（LSB）先行，高位（MSB）在后

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4. USART（通用同步/异步收发器）

4.1 基本信息

• 自带波特率生成器（分频器，计算得波特率）
  • 计算公式：F_pclk2/1/(16×DIV)
• 时序配置：
  • 数据位：8/9（如果8位，不开启校验位，如果9位，开启校验，为了方便8位1bit）
  • 停止位：0.5/1/1.5/2
  • 校验位：0/2n/2n+1
• 硬件资源：USART1（APB2）, USART2, USART3

4.2 配置步骤

1. 开启USART和GPIO的RCC时钟
2. GPIO初始化
3. 配置USART
4. 配置中断
5. 使能USART

4.3 配置代码示例

4.3.1 初始化配置

//开启GPIO和USART时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

//配置RX/TX的GPIO
//TX——复用推挽输出
//RX——上拉输入
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

/*配置USART
*1.确定波特率
*2.选择无硬件流控制
*3.选择TX与RX均开启
*4.无校验位
*5.1个停止位
*6.8个数据位
*/
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

//配置NVIC
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

//使能接收中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

//使能USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);

4.3.2 发送数据

void USART_SendByte(uint8_t byte)
{
    USART_SendData(USART1, byte);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

void USART_SendString(char *str)
{
    while (*str != '\0')
    {
        USART_SendByte(*str);
        str++;
    }
}

4.3.3 接收数据（中断方式）

uint8_t USART_ReceiveData;

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
    {
        USART_ReceiveData = USART_ReceiveData(USART1);
        // 处理接收到的数据
        USART_SendByte(USART_ReceiveData); // 回显
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    }
}