15.USART 串口发送：一个字节从内存到波形的 “变形记”

USART串口发送机制解析

数据从内存到寄存器的传递

在嵌入式系统中，当CPU执行USART数据寄存器写入操作时，数据通过总线（如APB总线）从内存传输到USART数据寄存器（USART_DR）。这一步需要USART外设已完成初始化配置，包括时钟使能、引脚复用、波特率设置和数据格式（如8N1）等。

uint8_t data = 0x55;
USART1->DR = data;  // 数据写入USART数据寄存器

发送缓冲区的角色

写入USART_DR的数据首先进入发送数据缓冲区（TDR）。此时USART的发送数据空标志（TXE）会被清零，表示缓冲区中有数据待处理。当数据从TDR转移到移位寄存器后，TXE标志会自动置1，表示可以接收下一个字节。

移位寄存器的工作流程

移位寄存器负责将字节数据按位分解为比特流。数据按照"低位先发"的规则逐位输出。以0x55（二进制01010101）为例，发送顺序为b0→b1→b2→b3→b4→b5→b6→b7，即1→0→1→0→1→0→1→0。

串口帧的组成与输出

串口通信的一帧数据包含起始位、数据位和停止位。以8N1格式为例：

• 起始位：1个低电平（逻辑0）
• 数据位：8个比特（按低位先发顺序）
• 停止位：1个高电平（逻辑1）

对于0x55，完整的帧结构为： 起始位(0)→b0(1)→b1(0)→b2(1)→b3(0)→b4(1)→b5(0)→b6(1)→b7(0)→停止位(1)

移位寄存器根据波特率定时（如115200bps下每个比特持续8.68μs）将帧数据输出到TX引脚，形成连续的波形。

状态标志的意义

• TXE（Transmit Data Register Empty）：表示发送缓冲区空闲，可以写入新数据。
• TC（Transmission Complete）：表示一帧数据（包括停止位）已完全发送。

在连续发送场景中，通常通过TXE标志判断是否可以写入下一字节；而在关闭串口或确认发送结束时，需检查TC标志。

数据传输的完整路径

数据从内存到波形输出的完整流程为： SRAM→CPU→USART_DR→TDR→移位寄存器→串口帧→TX引脚波形

理解这一流程有助于调试串口通信问题，并深入掌握嵌入式外设的自动化工作机制。