STM32 片上资源之串口

[1 串口介绍](#1 串口介绍)
- [1.1 初步介绍](#1.1 初步介绍)
- [1.2 主要特性](#1.2 主要特性)
- - [1.2.1 USART特性](#1.2.1 USART特性)
  - [1.2.2 UART特性](#1.2.2 UART特性)
- [1.3 主要寄存器](#1.3 主要寄存器)
- [1.4 波特率计算](#1.4 波特率计算)
- [1.5 常用工作模式](#1.5 常用工作模式)
- - [1.5.1 轮询模式：](#1.5.1 轮询模式：)
  - [1.5.2 中断模式：](#1.5.2 中断模式：)
  - [1.5.3 DMA模式：](#1.5.3 DMA模式：)
- [1.6 常见应用](#1.6 常见应用)
- [1.7 注意事项](#1.7 注意事项)
[2 软件层面协议](#2 软件层面协议)
- [2.1 基本概念](#2.1 基本概念)
- [2.2 物理层标准](#2.2 物理层标准)
- - [2.2.1 RS-232硬件标准](#2.2.1 RS-232硬件标准)
  - [2.2.2 RS-422：](#2.2.2 RS-422：)
  - [2.2.3 RS-485：](#2.2.3 RS-485：)
- [2.3 协议核心参数](#2.3 协议核心参数)
- - [2.3.1 波特率(Baud Rate)：](#2.3.1 波特率(Baud Rate)：)
  - [2.3.2 数据位(Data Bits)：](#2.3.2 数据位(Data Bits)：)
  - [2.3.3 停止位(Stop Bits)：](#2.3.3 停止位(Stop Bits)：)
  - [2.3.4 校验位(Parity Bit)：](#2.3.4 校验位(Parity Bit)：)
- [2.4 数据帧结构](#2.4 数据帧结构)
[3 代码](#3 代码)

这里以stm32f4系列的标准库为应用案例解释

1 串口介绍

1.1 初步介绍

STM32F407系列包含最多6个USART/UART接口。 4个通用同步/异步收发器(USART)，2个通用异步收发器(UART)。

具体型号的可用串口数量可能不同，需参考具体型号的数据手册。

1.2 主要特性

1.2.1 USART特性

全双工异步通信

单线半双工通信

同步通信(需要时钟线)

支持LIN协议

支持智能卡协议(ISO7816)

支持IrDA SIR ENDEC规范

支持调制解调器操作(CTS/RTS)

1.2.2 UART特性

全双工异步通信

单线半双工通信

支持LIN协议

支持IrDA SIR ENDEC规范

支持调制解调器操作(CTS/RTS)

1.3 主要寄存器

每个USART/UART包含以下主要寄存器：

USART_SR - 状态寄存器

USART_DR - 数据寄存器

USART_BRR - 波特率寄存器

USART_CR1/CR2/CR3 - 控制寄存器

1.4 波特率计算

波特率计算公式：

波特率 = fCK / (16 * USARTDIV)

其中：

fCK是USART时钟频率(APB1或APB2总线)

USARTDIV是写入USART_BRR寄存器的值

1.5 常用工作模式

1.5.1 轮询模式：

简单直接
占用CPU资源
适合低速率或简单应用

1.5.2 中断模式：

数据收发通过中断处理
提高CPU利用率
需要配置NVIC

1.5.3 DMA模式：

高效数据传输
适合大数据量传输
需要配置DMA控制器

1.6 常见应用

与PC通信(通过USB转串口)
与GPS模块通信
与无线模块(如蓝牙、WiFi)通信
工业设备间的RS232/RS485通信
调试信息输出

1.7 注意事项

确保时钟配置正确(USART时钟使能)
注意GPIO复用功能配置
不同USART挂载在不同APB总线上，时钟频率可能不同
使用DMA时注意缓冲区管理
在低功耗应用中注意唤醒源配置

2 软件层面协议

2.1 基本概念

串口通信是一种常见的设备间通信方式，以下是关于串口通信协议的全面介绍。串口通信(Serial Communication)是指通过单根数据线按位顺序传输数据的通信方式，与之相对的是并行通信。

2.2 物理层标准

2.2.1 RS-232硬件标准

最传统的串口标准

电压范围：±3V至±15V

典型DB9连接器

传输距离短(约15米)

2.2.2 RS-422：

差分信号传输

传输距离可达1200米

全双工通信

2.2.3 RS-485：

改进的RS-422

支持多点通信(最多32个节点)

半双工通信

工业环境常用

2.3 协议核心参数

2.3.1 波特率(Baud Rate)：

波特率即每秒钟传输二进制信息的位数，单位是为位／秒（bps或bit/s）。如每秒钟传输240个字符，每个字符帧格式包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，则此时的波特率为：

传输距离与波特率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每0.3m（约1英尺）有50pF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随波特率的增加而减小。当波特率超过1000 bps 时，最大传输距离迅速下降，如115200 bps 时最大距离下降到只有30m。

常见值：9600, 19200, 38400, 57600, 115200等

通信双方必须一致

2.3.2 数据位(Data Bits)：

通常5-9位，常用8位

2.3.3 停止位(Stop Bits)：

1位、1.5位或2位

用于标识数据包结束

2.3.4 校验位(Parity Bit)：

可选：无校验(None)、奇校验(Odd)、偶校验(Even)

用于简单错误检测。

若设置为奇校验，则当接收方接收到数据时，校验"1"的个数是否为奇数，从而确定数据传输是否正确；若设置为偶校验，则当接收方接收到数据时，校验"1"的个数是否为偶数，从而确定数据传输是否正确；若设置为无校验，则不对数据传输的正确性做判断。

2.4 数据帧结构

3 代码

c 复制代码

#include "stm32f4xx_usart.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"

void USART_Config(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;

    // 1. 时钟使能
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    // 2. 配置 PA9(TX) 和 PA10(RX)
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 配置复用功能
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);

    // 3. 配置 USART1
    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

    // 4. 启动 USART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void USART1_SendChar(uint8_t ch) {
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    USART_SendData(USART1, ch);
}