STM32中的串口UART知识点以及标准库的使用方法

这张图片详细介绍了 USART（通用同步异步收发器） 的引脚配置、GPIO（通用输入输出）模式以及不同工作模式下的连接方式。

表格部分：USART 引脚配置

表格列出了 USART 的主要引脚、在不同模式下的配置，以及对应的 GPIO 配置。

USARTx_TX（发送引脚）：

在全双工模式和半双工同步模式下，GPIO 配置为推挽复用输出。

作用：负责发送数据。

USARTx_RX（接收引脚）：

在全双工模式下，GPIO 配置为浮空输入或带上拉输入。

在半双工同步模式下，该引脚未使用，可作为通用 I/O 口。

作用：负责接收数据。

USARTx_CK（时钟引脚）：

仅在同步模式下使用，GPIO 配置为推挽复用输出。

作用：提供同步通信所需的时钟信号。

USARTx_RTS（请求发送，硬件流控）：

用于硬件流控制，GPIO 配置为推挽复用输出。

作用：发送"准备好接收"信号，通知对方可以发送数据。

USARTx_CTS（清除发送，硬件流控）：

用于硬件流控制，GPIO 配置为浮空输入或带上拉输入。

作用：接收"准备好接收"信号，控制是否允许发送数据。

这张图片展示了**USART（通用同步异步收发器）**在异步通信模式下的两种数据帧格式。它主要对比了不带校验位（8位数据）和带校验位（9位数据）两种情况下的数据结构。

二、UART原理图

STM32系列微控制器通常配备多个UART/USART接口

主要特性包括：

多通道支持：STM32F103系列通常有3-5个USART/UART

可编程波特率：支持多种波特率（如9600、115200等）

DMA支持：可使用DMA进行数据传输，减轻CPU负担

多种中断：发送完成、接收完成、错误等中断

硬件流控：支持RTS/CTS硬件流控制

三、标准库相关函数

1. 初始化相关函数

cpp 复制代码

// UART初始化结构体
typedef struct {
    uint32_t USART_BaudRate;            // 波特率
    uint16_t USART_WordLength;          // 数据位长度 (8位或9位)
    uint16_t USART_StopBits;            // 停止位
    uint16_t USART_Parity;              // 校验位
    uint16_t USART_Mode;                // 模式 (发送/接收)
    uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控
} USART_InitTypeDef;

// 初始化UART
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);

// 使能UART时钟
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);

1.1 UART初始化函数

作用：配置UART的通信参数（波特率、数据位、停止位等）

cpp 复制代码

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);

参数说明：

USARTx ：UART外设（如 USART1 ）。

USART_InitStruct ：UART初始化结构体，包含以下成员：

USART_BaudRate ：波特率（如9600、115200等）。

USART_WordLength ：数据位长度（ USART_WordLength_8b 或 USART_WordLength_9b ）。

USART_StopBits ：停止位（ USART_StopBits_1 、 USART_StopBits_0_5 、 USART_StopBits_2 等）。

USART_Parity ：校验位（ USART_Parity_No 、 USART_Parity_Even 、 USART_Parity_Odd ）。

USART_Mode ：工作模式（ USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx 表示同时开启收发）。

USART_HardwareFlowControl ：硬件流控（通常为 USART_HardwareFlowControl_None ）。

使用示例：

cpp 复制代码

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

// 配置UART参数
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;  // 波特率115200
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  // 8位数据位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  // 1位停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;  // 无校验位
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  // 开启收发模式
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  // 无硬件流控
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

2. GPIO配置相关函数

cpp 复制代码

// GPIO初始化结构体
typedef struct {
    uint16_t GPIO_Pin;             // 引脚号
    GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  // 速度
    GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;   // 模式
} GPIO_InitTypeDef;

// 初始化GPIO
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

// 复用功能配置
void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource, uint8_t GPIO_AF);

3. 数据传输函数

cpp 复制代码

// 发送单个字节
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

// 接收单个字节
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);

// 发送数据块
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

// 接收数据块
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);

3.1数据发送函数

作用：发送单个字节数据。

cpp 复制代码

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

参数说明：

USARTx ：UART外设。

Data ：待发送的数据（低8位有效，高8位无意义）。

使用注意：

发送前必须等待 TXE标志位（发送数据寄存器为空），否则会覆盖未发送完成的数据。

使用示例：

cpp 复制代码

void UART1_SendByte(uint8_t data)
{
    // 等待发送数据寄存器为空（TXE标志置位）
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    
    // 发送数据
    USART_SendData(USART1, data);
}

3.2数据接收函数

作用：接收单个字节数据。

cpp 复制代码

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);

参数说明：

USARTx ：UART外设。

返回值：接收到的数据（低8位有效）。

使用注意：

接收前必须等待 RXNE标志位（接收数据寄存器非空），否则会读取无效数据。

使用示例：

cpp 复制代码

uint8_t UART1_ReceiveByte(void)
{
    // 等待接收数据寄存器非空（RXNE标志置位）
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    
    // 读取并返回数据
    return USART_ReceiveData(USART1);
}

4. 状态和标志位函数

cpp 复制代码

// 获取标志位状态
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

// 清除标志位
void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

// 获取中断标志位
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

// 清除中断标志位
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

4.1标志位状态函数

作用：检查UART的状态标志位（如TXE、RXNE等）。

cpp 复制代码

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

参数说明：

USARTx ：UART外设。

USART_FLAG ：要检查的标志位（如 USART_FLAG_TXE 、 USART_FLAG_RXNE 等）。

返回值： SET （标志置位）或 RESET （标志未置位）。

使用场景：

发送前检查 USART_FLAG_TXE 确保数据寄存器为空。

接收前检查 USART_FLAG_RXNE 确保有数据可读。

发送完成后检查 USART_FLAG_TC 确保数据完全发送（适用于需要等待发送结束的场景）。

4.2标志位清除函数

作用：清除UART的状态标志位（如TC等）。

cpp 复制代码

void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

参数说明：

USARTx ：UART外设。

USART_FLAG ：要清除的标志位（如 USART_FLAG_TC ）。

使用场景：

发送完成后清除 USART_FLAG_TC 标志，避免后续判断错误。

5. 中断相关函数

cpp 复制代码

// 使能/失能中断
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);

// 使能/失能UART
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);

5.1中断配置函数

作用：使能或禁用UART的中断（如接收中断、发送中断等）。

cpp 复制代码

void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);

参数说明：

USARTx ：UART外设。

USART_IT ：要配置的中断类型（如 USART_IT_RXNE 、 USART_IT_TXE 等）。

NewState ：使能状态（ ENABLE 或 DISABLE ）。

使用场景：

需要通过中断处理数据时（如接收数据），需先调用此函数使能对应中断。

5.2中断状态检查函数

作用：检查UART的中断标志位（用于中断服务函数中判断中断来源）。

cpp 复制代码

ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

参数说明：

USARTx ：UART外设。

USART_IT ：要检查的中断类型。

返回值： SET （中断触发）或 RESET （中断未触发）。

使用场景：

在中断服务函数中判断具体是哪种中断触发（如接收中断还是发送完成中断）。

5.3中断标志清除函数

作用：清除UART的中断标志位（避免重复触发中断）。

cpp 复制代码

void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

参数说明：

USARTx ：UART外设。

USART_IT ：要清除的中断类型。

使用场景：

在中断服务函数中处理完中断后，必须调用此函数清除中断标志位。

四、常用标志位和中断

标志位（USART_FLAG）：

USART_FLAG_TXE ：发送数据寄存器为空

USART_FLAG_TC ：发送完成

USART_FLAG_RXNE ：接收数据寄存器非空

USART_FLAG_IDLE ：空闲线路检测

USART_FLAG_ORE ：溢出错误

USART_FLAG_NE ：噪声错误

USART_FLAG_FE ：帧错误

USART_FLAG_PE ：校验错误

中断（USART_IT）：

USART_IT_TXE ：发送数据寄存器空中断

USART_IT_TC ：发送完成中断

USART_IT_RXNE ：接收数据寄存器非空中断

USART_IT_IDLE ：空闲线路中断

USART_IT_PE ：校验错误中断

USART_IT_ERR ：错误中断

五、完整使用流程示例

场景1：查询方式收发数据

步骤：初始化UART → 发送/接收数据（通过查询标志位）。

cpp 复制代码

// 1. 初始化UART1
void UART1_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 配置TX引脚（PA9）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置RX引脚（PA10）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置UART参数
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    // 使能UART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

// 2. 发送字符串
void UART1_SendString(char *str)
{
    while (*str != '\0')
    {
        UART1_SendByte(*str);  // 调用发送单个字节的函数
        str++;
    }
}

// 3. 主函数中使用
int main(void)
{
    UART1_Init();
    
    // 发送字符串
    UART1_SendString("Hello STM32!\r\n");
    
    // 接收单个字节并回显
    uint8_t rx_data = UART1_ReceiveByte();
    UART1_SendByte(rx_data);
    
    while (1);
}

场景2：中断方式接收数据

步骤：初始化UART → 配置NVIC中断 → 使能接收中断 → 在中断服务函数中处理数据。

cpp 复制代码

// 1. 初始化UART1（含中断）
void UART1_Init_IT(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 配置TX/RX引脚（同场景1）
    // ...（省略GPIO配置代码，与场景1相同）
    
    // 配置UART参数（同场景1）
    // ...（省略UART参数配置代码，与场景1相同）
    
    // 使能UART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    
    // 配置NVIC中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;  // USART1中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  // 抢占优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  // 子优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  // 使能通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    // 使能接收中断（RXNE）
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
}

// 2. 中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void)
{
    uint8_t rx_data;
    
    // 检查是否为接收中断（RXNE）
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {
        // 读取接收到的数据
        rx_data = USART_ReceiveData(USART1);
        
        // 处理数据（例如回显）
        USART_SendData(USART1, rx_data);
        
        // 清除接收中断标志位
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    }
}

// 3. 主函数中使用
int main(void)
{
    UART1_Init_IT();
    
    while (1)
    {
        // 主循环可执行其他任务
    }
}

六、总结（summary）

STM32标准库中UART函数的使用流程可归纳为：

时钟使能：开启UART和GPIO的时钟。

GPIO配置：设置TX为复用推挽输出，RX为浮空输入。

UART参数配置：设置波特率、数据位、停止位等。

UART使能：调用 USART_Cmd 使能UART。

数据收发：

查询方式：通过 USART_GetFlagStatus 等待标志位后收发数据。

中断方式：配置NVIC和中断，在中断服务函数中处理数据。

错误处理：检查并处理 ORE 、 FE 等错误标志。