串口通讯 (Serial Communication) 是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，大部分电子设备都支持该通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。在计算机科学里，大部分复杂的问题都可以通过分层来简化。如芯片被分为内核层和片上外设；STM32 标准库则是在寄存器与用户代码之间的软件层。对于通讯协议，我们也以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们用中文还是英文来交流。

STM32 芯片具有多个 USART 外设用于串口通讯，即通用同步异步收发器可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。有别于USART，它还有具有 UART 外设，它是在USART 基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。USART 满足外部设备对工业标准 NRZ 异步串行数据格式的要求，并且使用了小数波特率发生器，可以提供多种波特率，使得它的应用更加广泛。USART 支持同步单向通信和半双工单线通
信；还支持局域互连网络 LIN、智能卡 (SmartCard) 协议与 lrDA(红外线数据协会) SIR ENDEC 规范。

, g! e" ?8 G* ?% \/ qUSART 支持使用 DMA，可实现高速数据通信，有关 DMA 具体应用将在 DMA 章节作具体讲解。

( m$ ~% P2 z! C' z5 xUSART 在 STM32 应用最多莫过于“打印”程序信息，一般在硬件设计时都会预留一个 USART通信接口连接电脑，用于在调试程序是可以把一些调试信息“打印”在电脑端的串口调试助手工具上，从而了解程序运行是否正确、指出运行出错位置等等。

* p: |0 D7 P3 T) lSTM32 的 USART 输出的是 TTL 电平信号，若需要 RS-232 标准的信号可使用 MAX3232 芯片进行转换。

物理层：
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RS-232 标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。
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) L. P/ U7 n+ X两个通讯设备的“DB9 接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用“RS-232 标准”传输数据信号。由于 RS-232 电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个“电平转换芯片”转换成控制器能识别的“TTL 校准”的电平信号，才能实现通讯。
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根据通讯使用的电平标准不同，串口通讯可分为 TTL 标准及 RS-232 标准，见表 TTL 电平标准与RS232 电平标准 。
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理想状态下，使用 5V 表示二进制逻辑 1，使用 0V 表示逻辑 0；而为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，它使用-15V 表示逻辑 1，+15V 表示逻辑 0。


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$ U9 d7 o* s9 WDB9 信号线说明：


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; \' M) e6 g6 k. d& l# j% ?9 H- ^. |

协议层

串口通讯的数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口。在串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、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。

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波特率
* i  V9 n) b; U6 E9 ^7 g& ]异步通讯中由于没有时钟信号 (如前面讲解的 DB9 接口中是没有时钟信号的)，所以两个通讯设备之间需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码，图串口数据包的基本组成 中用虚线分开的每一格就是代表一个码元。常见的波特率为 4800、9600、115200 等。
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通讯的起始和停止信号

串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑 0 的数据位表示，而数据包的停止信号可由 0.5、1、1.5 或 2 个逻辑 1 的数据位表示，只要双方约定一致即可。

: N1 c9 `; q5 Z$ D% E9 c% e有效数据

2 C6 l9 B/ f  m# Z5 ?+ r- o在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为 5、6、7 或 8 位长。

/ x- g* w8 V; Y8 z2 M) H; X: j  u数据校验
' x" C, P% R/ B4 l, O$ S9 W  a+ b8 O5 q: z
% D) H! _1 z  {! k5 q在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验 (odd)、偶校验(even)、0 校验 (space)、1 校验 (mark) 以及无校验 (noparity)。

% G& x( D2 x, \1• 奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个 8 位长的有效数据为：01101001，此时总共有 4 个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位。

2• 偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数，比如数据帧：11001010，此时数据帧“1”的个数为 4 个，所以偶校验位为“0”。
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3• 0 校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1 校验是校验位总为“1”。

4• 在无校验的情况下，数据包中不包含校验位。
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USART功能框图：
1 A! v+ j- g. p% q' B1 c9 K2 p5 m0 i


4 @$ T7 I) {, i- |) P8 V功能引脚：

TX：发送数据输出引脚。
; c3 }9 ~' i. Q6 ZRX：接收数据输入引脚。
% C. g* [. G: Z8 R$ K' m# PSW_RX：数据接收引脚，只用于单线和智能卡模式，属于内部引脚，没有具体外部引脚。
2 l" }6 L; y3 d+ c, ]  k1 N+ T, c' SnRTS：请求以发送 ，n 表示低电平有效。如果使能 RTS 流控制，当 USART 接收器准备好接收新数据时就会将 nRTS 变成低电平；当接收寄存器已满时，nRTS 将被设置为高 电平。该引脚只适用于硬件流控制。
& i- G, O( a/ ~nCTS：清除以发送 (Clear To Send)，n 表示低电平有效。如果使能 CTS 流控制，发送器在发送下 一帧数据之前会检测
( n  c2 ?8 _6 M, ^1 Y/ s3 wnCTS 引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完 当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。
SCLK：发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。 USART 引脚在 STM32F429IGT6 芯片具体发布见表
4 R$ d# q2 ?4 m8 c+ _# oSTM32F429IGT6 芯片的 USART 引脚 。

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