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。
( @. \( X. D. X4 J+ V% D; b) A
& i+ k: h6 t8 u( |, w- O
一、通信接口背景知识
! ~! S" q2 H# X+ J1. 并行通信和串行通信
# r6 s* s- E, k* S3 I# n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：

& C& S' n5 T+ c' t( C
# a" j; v7 W1 x" }并行通信
! T! |7 i7 g% g, i) M; ]7 h4 a   -传输原理：数据各个位同时传输。
8 k8 }1 _, t' c7 ^/ A" ]+ w   -优点：速度快
: Q7 Y0 G* Y1 [# E9 v2 d1 |" ^   -缺点：占用引脚资源多
+ L- h1 r2 I0 x! ?) u$ D/ ?+ R

* o4 U% f8 G4 ^* W  w. M7 T: @串行通信
   -传输原理：数据按位顺序传输。
3 R* j' [. r8 J) D   -优点：占用引脚资源少
   -缺点：速度相对较慢
) @3 x! E' q# Y

2. 串行通信的分类
- g! l6 l  X& Z  \8 ~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：


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。

# H6 ?  L, B/ w6 d" x0 B; w, @
# H! p  T* \7 O8 ?0 g5 R为了清晰的表述这三种传输方向上的区别，我们看下图：
8 R& J* z: |- O% h! z
0 ^8 k- L$ A3 Y$ a; N, P2 I" T

1 q; }* f# h' K+ A* n% E
! G$ P3 A1 r! `5 {- P（a)单工通信        （b)半双工通信        （c)全双工通信
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。
! p. Q/ L, R& r( C/ S同步通信指的是带有时钟同步信号，比如：SPI通信、IIC通信；
" a0 i$ r: T, a: N& f" P% a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。
我们以下面的表格来详细对比串行通信接口
6 E/ W4 B3 [5 c5 O: c


$ l' L" W& @" h' ]
: s/ }9 p, [  \1 C5 Y% L 二、STM32的串口通信基础
" C: ?5 V4 C7 X1. 串口通信接口
& V. D# ]2 V! ~; q- P+ z0 b2 cSTM32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


6 s2 }, u; N  d8 U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：
9 f+ k% d$ A4 q, V3 K; y, D




$ E9 T+ b9 Y( `1 b8 A1 v$ D+ s
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。


5 K) Z6 B* b) ?& e# h6 U& R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

% K* R6 F; F9 U$ K# K+ I
: h) l3 K/ j5 o9 L) L5 v


. h$ v; o$ C) ?* C1 j5 o+ l 查阅官方手册，UART异步通信方式的特点如下：
! h! m+ \' x! Q& L! C  u2 H全双工异步通信。
9 J1 m+ l" T3 F) u& B; l- ^8 C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
2 q% R$ N) B( H9 Z3 s可编程的数据字长度（8位或者9位）；
/ h5 B3 t6 |* M2 w  A, P可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
. v" W- a0 |0 Y3 n( ?6 j可配置的使用DMA多缓冲器通信。
* H, D( k0 H5 O( _/ c单独的发送器和接收器使能位。
# T- d0 }$ r7 X. d, \0 u3 z检测标志：① 接受缓冲器  ②发送缓冲器空 ③传输结束标志
8 A9 a& t( F: ^, V4 F6 T多个带标志的中断源。触发中断。
& k, q  a- V- a: |9 f其他：校验控制，四个错误检测标志。

2 B4 C- p5 @7 K9 c
2. 串口通信框图
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：
- ]) x8 x" q& a* K, e8 C
- p4 r/ `+ ?: i( Z  @) y


$ X( i3 Z9 s  C: M' L" z! \
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。
, \, N2 v% X1 [0 r4 O2 q" k
) H9 L( ~# g, N& c9 I7 M  l
3. 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：
" I( |: E/ G/ EUSART_SR状态寄存器
/ E# A) ]3 V9 d; U+ EUSART_DR数据寄存器
USART_BRR波特率寄存器


$ r( L7 f" M! y1 O; }4 S下面是来自中文参考手册的部分截图介绍：
5 L( f! A' f' S1 H" c

% S7 L* r( `9 t  S% G
9 A$ R; D( Q( k3 q' N. K



8 z) v# b0 d3 N+ b
0 j: G9 [5 i, z7 z



8 n  ?  L# ~+ p, j) W
1 @' P3 m" H# z$ S7 U
/ D& v( |0 T, P( f: h0 i4 [
. {+ X2 N5 y3 ~: E% W. c) W6 Y4 V

% f( D- |, l% q' d) u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。
% C$ [% T* W5 j/ E& n$ }: \

% t  M( y& a) |" ~+ I* \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。

( r3 f7 N: b$ y3 c
5 b% g. q5 L, c2 G1 r4. 波特率计算方法

# ~- G- g9 L$ P. H* r  U$ N% V



* j) ]3 H: g5 k8 W: h( R

: O6 r* z- {3 b. D
- `6 y  b6 `8 v# K; W4 o# m 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）。
) b3 c+ s1 Z9 ^
9 |0 I! _8 s9 @3 S, I
# Y* B7 }7 F  G. D9 d三、库函数配置
* T$ W% V1 z! @+ B1. 串口配置一般步骤
* r& Z9 _" _3 W串口时钟使能，GPIO时钟使能:RCC_APB2PeriphClockCmd();
* C+ G2 w  u( F1 a5 |( S串口复位:USART_DeInit(); 这一步不是必须的
GPIO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();
4 |' y" h& F' S8 a8 F使能串口:USART_Cmd();
) s% j& g) T+ e, g1 v2 b' X- Q- _编写中断处理函数：USARTx_IRQHandler();
3 X* f' V9 y- \8 i& G7 i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
9 C6 y3 i# ?$ z  H串口传输状态获取：
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

' c% g) q3 y7 s* k+ G5 A
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
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4 q( E, n# K% V% N% f; n版权声明：KevinFlyn

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