UART寄存器介绍

在 STM32 微控制器中，UART（通用异步收发传输器）通信通过多个寄存器实现配置和数据传输。下面详细解析 UART 的核心寄存器及其功能。

1. 状态寄存器（USART_SR）

状态寄存器反映 UART 当前的工作状态，用于判断数据传输是否完成、是否接收到数据等。

主要位功能

位	名称	功能
7	TXE	发送缓冲区为空（1 = 空，可写入新数据）。写入 DR 寄存器后自动清零。
6	TC	发送完成（1 = 传输结束）。需软件清零（写 1 清除）。
5	RXNE	接收缓冲区非空（1 = 接收到数据）。读取 DR 寄存器后自动清零。
3	IDLE	检测到总线空闲（1 = 空闲）。需先读 SR，再读 DR 清零。
2	ORE	溢出错误（1 = 数据丢失）。需读 SR，再读 DR 清零。
0	PE	奇偶校验错误（1 = 校验失败）。需软件清零。

应用场景

发送数据 ：检查TXE或TC标志，确保缓冲区为空或传输完成。
接收数据 ：检查RXNE标志，确认有新数据可读。
错误处理 ：检查ORE、PE等标志，处理通信异常。

2. 数据寄存器（USART_DR）

数据寄存器用于存储发送和接收的数据，实际由两个独立的寄存器组成：

发送缓冲区寄存器（TDR） ：写入DR时，数据被存入 TDR，随后传输到移位寄存器。
接收缓冲区寄存器（RDR） ：接收到的数据先存入移位寄存器，再转移到 RDR，读取DR时获取 RDR 内容。

注意事项

数据位宽由CR1的M位决定（8 位或 9 位）。
写入DR会清除TXE标志，读取DR会清除RXNE标志。

3. 波特率寄存器（USART_BRR）

波特率寄存器用于配置 UART 的通信速率，计算公式如下：

复制代码

波特率 = fPCLK / (16 * USARTDIV)

其中：

fPCLK：UART 时钟频率（APB 总线时钟）。
USARTDIV：分频系数，由BRR寄存器的整数部分（[15:4]）和小数部分（[3:0]）组成。

示例

假设fPCLK = 84MHz，波特率为 115200：

复制代码

USARTDIV = 84000000 / (16 * 115200) ≈ 45.5729
整数部分 = 45 (0x2D)
小数部分 = 0.5729 * 16 ≈ 9 (0x9)
BRR = 0x2D9

4. 控制寄存器 1（USART_CR1）

控制寄存器 1 用于配置 UART 的基本功能，如使能、字长、奇偶校验等。

主要位功能

位	名称	功能
13	UE	UART 使能（1 = 使能）。
12	M	字长（0=8 位 + 校验，1=9 位 + 校验）。
10	PCE	奇偶校验使能（1 = 使能）。
9	PS	奇偶校验类型（0 = 偶校验，1 = 奇校验）。
7	TXEIE	发送缓冲区空中断使能（1 = 使能）。
6	TCIE	发送完成中断使能（1 = 使能）。
5	RXNEIE	接收缓冲区非空中断使能（1 = 使能）。
4	IDLEIE	空闲线路检测中断使能（1 = 使能）。
3	TE	发送使能（1 = 使能）。
2	RE	接收使能（1 = 使能）。
0	OVER8	过采样模式（0=16 倍，1=8 倍）。

5. 控制寄存器 2（USART_CR2）

控制寄存器 2 主要用于配置停止位、LIN 模式等。

主要位功能

位	名称	功能
13:12	STOP	停止位设置： 00=1 位，01=0.5 位，10=2 位，11=1.5 位。
6	LINEN	LIN 模式使能（1 = 使能）。
0	CLKEN	SCLK 引脚使能（用于同步模式）。

6. 控制寄存器 3（USART_CR3）

控制寄存器 3 用于配置高级功能，如硬件流控制、DMA 等。

主要位功能

位	名称	功能
14	ONEBIT	采样方法（0=3 采样位，1=1 采样位）。
11	CTSE	CTS 硬件流控制使能（1 = 使能）。
10	RTSE	RTS 硬件流控制使能（1 = 使能）。
7	DMAT	发送 DMA 使能（1 = 使能）。
6	DMAR	接收 DMA 使能（1 = 使能）。

7. 中断和状态寄存器（USART_ISR）

在 STM32F4 及更高系列中，ISR替代了SR寄存器，功能类似但增加了更多状态位，如忙标志（BUSY）。

寄存器操作示例

1. 初始化 UART（115200 波特率，8N1）

复制代码

// 假设fPCLK=84MHz
USART1->BRR = 0x2D9;         // 设置波特率为115200
USART1->CR1 = USART_CR1_TE | // 使能发送
              USART_CR1_RE | // 使能接收
              USART_CR1_UE;  // 使能UART
USART1->CR2 = 0;             // 1个停止位
USART1->CR3 = 0;             // 禁用硬件流控制

2. 发送单个字符

复制代码

while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE)); // 等待发送缓冲区为空
USART1->DR = 'A';                     // 发送字符'A'

3. 接收单个字符

复制代码

while (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE)); // 等待接收缓冲区非空
char c = USART1->DR;                   // 读取接收到的字符

4. 启用接收中断

复制代码

USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; // 使能接收缓冲区非空中断
NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);     // 使能USART1中断

总结

UART 寄存器的核心操作包括：

初始化 ：配置波特率（BRR）、字长（CR1.M）、停止位（CR2.STOP）、校验位（CR1.PCE）。
发送控制 ：通过SR.TXE或SR.TC判断发送状态，写入DR发送数据。
接收控制 ：通过SR.RXNE判断接收状态，读取DR获取数据。
中断配置 ：通过CR1使能各类中断（如RXNEIE、TXEIE），并配置 NVIC。