前言
众所周知，串口通信是MCU最基本的通信方式，对于STM32来说也是如此。本文重点讲述STM32单片机的串口通信，主要包括的内容是：通信基础知识、串口通信原理、USART有关寄存器和自定义编写串口通信函数。


: g- a" @9 s* g7 r4 h一、通信接口背景知识
& j, N& ~  }4 O, A( G1 g. g2 O1. 并行通信和串行通信
& Q5 W0 m& b7 `所谓通信，其实说白了就是处理器与外部设备之间的交流，就像电脑连接键盘、鼠标或打印机之类。计算机领域的通信一般有两种方式，即并行通信和串行通信。这两种方式的优缺点对比如下：
: ]; @+ W2 l; H3 I  u: C# D
- D/ C1 z( a& L' q/ J9 }8 [! j
并行通信
7 r* m0 B' ]/ c* m  B4 r   -传输原理：数据各个位同时传输。
2 w9 }* }1 d- d, _5 Z+ v$ l   -优点：速度快
   -缺点：占用引脚资源多
) M' M+ g. h& N" f- t% E0 N  O6 b
, _8 K7 U! e- m2 g) G- w
6 n' q& K# C( F/ c串行通信
   -传输原理：数据按位顺序传输。
   -优点：占用引脚资源少
' j% @8 t! y9 ~+ ^. w' {2 K3 ~& T   -缺点：速度相对较慢
' Q8 [* h( D# N" N
% x$ P+ F9 J( _. l8 I; q
2. 串行通信的分类
由于本文所讲的串口通信属于串行通信，所以就不对并行通信做过多的讲解了，下面是串行通信的分类，按照数据的传送方向可以分为：


' C) H3 ]. L$ N3 c- \: J; f单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输
半双工：允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；
全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。
% m+ w: @7 s4 A! I8 k9 O% D$ C
$ c) [% C3 X& \: P7 D' r/ [
/ W% E! [5 u$ _% q6 S+ l; Y为了清晰的表述这三种传输方向上的区别，我们看下图：
# o  c% V& R( V3 s& t$ q* s) U0 m. Z
3 m  d% y' b9 t; F


: \0 ^+ l4 H+ v0 t（a)单工通信        （b)半双工通信        （c)全双工通信
+ T# y- P) H9 b$ d另一种分类方式是根据通信是否有时钟信号来划分的，分为同步通信和异步通信。
2 o6 b3 {  G$ @. H* w0 R同步通信指的是带有时钟同步信号，比如：SPI通信、IIC通信；
异步通信指的是不带时钟同步信号比如：UART（通用异步收发器），单总线。
) |) J1 r/ }4 L8 F" j1 O( j$ _. C我们以下面的表格来详细对比串行通信接口
$ b3 h2 h3 y% c6 P1 W4 G


5 e% B1 k) j% ~
二、STM32的串口通信基础
1 D' R7 u. R5 t0 }4 i" V0 G! J1. 串口通信接口
STM32共有两种串口通信接口，分别是：UART通用异步收发器，USART：通用同步异步收发器

( r' |: t, O8 Q
对于大容量的STM32F10x系列芯片，包含3各USART和2个UART。UART异步通信的引脚连接方法如下：

2 q4 V3 q3 W) r1 l/ \

  J, k- u4 b( ?  V* S) f


这里需要注意的是：TX引脚要连接另一个控制器的RX引脚，反之RX亦然。


  j, Z7 g6 w4 S$ ?, P下图是STM32大容量芯片的5个串口对应的引脚号，可以通过中文参考手册查询
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! Q2 O* l+ d; N  |, [: J3 Y& K
3 ~6 P2 v0 p/ @/ g* y* I; v" E
查阅官方手册，UART异步通信方式的特点如下：
全双工异步通信。
分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。发送和接受共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s
可编程的数据字长度（8位或者9位）；
可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
- y& z' H' d1 s: k0 v' O8 }可配置的使用DMA多缓冲器通信。
& k) z7 n, [; Y# a' ^) T单独的发送器和接收器使能位。
检测标志：① 接受缓冲器  ②发送缓冲器空 ③传输结束标志
$ t% k9 R& n5 Z/ s% J多个带标志的中断源。触发中断。
) u( D; ]$ Z! ~4 o% H其他：校验控制，四个错误检测标志。

# c) S2 e7 m2 J2 s
) M. e% p, t! i8 j5 z2. 串口通信框图
' c; t! l! x+ C" ]; |! }* P$ k: A9 i学习STM32单片机的外设，最重要的是要理清楚它的框图，下图就是串口通信的框图：




  S% C2 ^5 y) |" C1 c$ F" T
从这个框图可以看出，STM32的串口通信是由最下面的波特率控制部分产生波特率，给来自PCLK1/2的时钟做预分频，再经过1/16分频后传给发送/接收其控制，最后分别发送给发送移位寄存器和接收移位寄存器。这两个寄存器分别在发送数据寄存器（TDR）和接收数据寄存器（RDR）的控制下完成和外部之间的数据发送和接收。
0 \: i1 Q8 \- y3 }  a

' K7 c. C5 d) a+ s/ Y. i3. 串口通信相关寄存器
STM32串口通信的相关寄存器共有3个，分别是：
* o2 ~! u9 k8 J2 u- RUSART_SR状态寄存器
USART_DR数据寄存器
USART_BRR波特率寄存器
) U( L* Y8 T8 o0 y
' w* p( ^, G- i% V+ P! K" q
下面是来自中文参考手册的部分截图介绍：


# g' [5 Z* K( J2 u) v
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" t. r# O; B3 A; d. j

5 w9 L( i6 B! Q/ _




# f- _* y( n) u" |
$ S5 ?7 k  C0 G+ {+ Z. h  c3 o( T
/ E' i$ W5 z$ u
0 M* u# u& [, [) t
还有一个寄存器是控制寄存器，用来存放串口的控制和中断相关配置位，这里不做展开了。

. X- k: H" U6 @- P( h
6 r) k0 _: o! l& p( t' }建议大家在学习基础外设（GPIO、定时器、外部中断、串口通信等）的时候不仅可以熟悉库函数的编写过程，寄存器编程也同样重要，不一定要掌握，理解即可。读者不要被寄存器编程吓住了，其实串口的寄存器相对于GPIO是很少的，配置过程也比较简单。

# _: T1 D$ r) M0 a  P6 S: b
4. 波特率计算方法
) t: F* Y- V. [% d/ D) W- n1 ?
$ Z: j4 n2 R" a+ N; S$ B# l* O
' l- R# @+ J' ?9 o; s6 U1 X

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3 T- ]5 g8 \1 n; b" A: X


0 ?9 h% E% x. u# L1 a) @1 a) R 这是官方文档的信息，波特率预分频器是分数预分频器，为什么小数部分要乘以16呢，大家可以理解位最后的小数是四位，四位二进制的1111正好就是16（15）。
# I& ?& S( g# {, w
8 y. E0 e( _8 P
9 S5 x6 e: n3 f( F% z三、库函数配置
0 v2 g/ h4 c6 h3 P/ f3 ^7 g1. 串口配置一般步骤
串口时钟使能，GPIO时钟使能:RCC_APB2PeriphClockCmd();
串口复位:USART_DeInit(); 这一步不是必须的
! c6 u. S4 Z  a; y% J0 P. wGPIO端口模式设置:GPIO_Init(); 模式设置为推挽复用以及浮空输入或者上拉输入（具体可参照中文参考手册）
串口参数初始化：USART_Init();
开启中断并且初始化NVIC（如果需要开启中断才需要这个） NVIC_Init();USART_ITConfig();
使能串口:USART_Cmd();
编写中断处理函数：USARTx_IRQHandler();
串口数据收发：void USART_SendData();//发送数据到串口，DR uint16_t USART_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据
5 Y3 s1 J. |: _9 G1 O串口传输状态获取：
3 L; P/ d: Z1 I1 M+ U4 uFlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
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! c1 i5 G% M* M, O5 b$ Z% Z# C
: T! E  h& K% g; U& Q1 X- h! Xvoid USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
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5 H2 z0 m4 ]/ Q% B3 i& q( `2 U. h  ]" y版权声明：KevinFlyn

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