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基于STM32串口通信

一、串口简介

串口，也称为串行接口或串行通信接口（通常指COM接口），是一种采用串行通信方式的扩展接口。它实现了数据一位一位地顺序传送，具有通信线路简单、成本低但传送速度慢的特点。 只要一对传输线，串口就可以实现双向通信。以PC端和STM32为例，PC端通过USB转TTL可将信息传送到STM32，反过来也亦然。
PC端与STM32之间的串口通信图

串口通信数据：
串口发送数据长度图
通常为异步通信，一般没有SCLK。
1、 起始位（Start Bit）：起始位为低电平时，告诉接收方数据传输即将开始，准备接收。 在通信开始时，发送端首先会发送一个起始位，它是一个逻辑0（低电平）的信号，用于同步发送和接收设备之间的时钟。接收端在检测到起始位后，会开始准备接收后续的数据位。
2、有效数据位（Data Bits）：数据位是由一系列二进制值组成，用于传输或接收实际的数据。数据位的数量决定了可以传输的不同二进制值的数量，常见的有5位、6位、7位、8位，LSB在前，MSB在后。 数据位紧随起始位之后，包含了要传输的实际信息。
3、 校验位（Parity Bit）：校验位用于验证数据的完整性，以确保传输过程中没有出现错误。常见的校验位选项有None（无校验位）、Odd（奇校验位）和Even（偶校验位）。在发送数据时，校验位会根据数据位中1的个数进行计算，并加入到数据中一起传输。接收端则会根据校验位的值进行校验，以判断数据是否存在错误。【一般采用无校验位】
4、停止位（Stop Bit）：停止位是一个逻辑高电平（1），用于指示数据传输的结束。 当停止位出现时，接收端知道数据传输已经完成，并且可以开始处理接收到的数据。停止位位于数据位和校验位之后，它的作用是确保接收端有足够的时间来识别数据帧的结束，并为下一个数据帧的到来做好准备。

STM32串口通信简介：
1、 全双工通信:USART支持全双工通信，即数据可以在两个方向上同时传输（A→B且B→A）。这使得USART能够满足许多需要双向通信的应用场景。
2、同步与异步传输：尽管USART的“S”代表同步，但在实际应用中，USART更常用于异步通信。 然而，它也支持同步通信模式，只是这种模式通常用于兼容其他协议或特殊模式，并且两个USART设备不能通过同步模式进行直接通信。
3、 波特率发生器：USART自带波特率发生器，最高可达4.5Mbits/s，可以根据需要配置不同的波特率。
4、硬件流控制：USART支持硬件流控制，通过特定的信号线（如RTS/CTS）实现数据的可靠传输。当接收端没有准备好接收数据时，可以通过RTS信号通知发送端暂停发送；当接收端准备好接收数据时，再通过CTS信号通知发送端恢复发送。【一般不用】

二、串口框图

STM32串口框图
如果感觉此图有些复杂，不访将其简化，下图为STM32串口简化图。

三、串口寄存器的介绍

结合上图，波特率到发送/接收之间由状态寄存器（USART_SR）控制。
状态寄存器（USART_SR）图
这里主要关注TXE、TC、RXNE、IDLE

数据寄存器：
数据寄存器图
主要配置数据的传送

波特比率寄存器：
波特比率寄存器图

控制寄存器1/2/3：
控制寄存器1
控制寄存器2控制寄存器3：

四、串口相关函数的配置

以串口收发为例：

UART_HandleTypeDef uart1_handle = {0};
void uart1_init(uint32_t baudrate)
{uart1_handle.Instance = USART1;    //串口选择uart1_handle.Init.BaudRate = baudrate;     //波特率uart1_handle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;   //传输数据长度8位uart1_handle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;               //停止位uart1_handle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;                //无校验位uart1_handle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;          //无硬件流控制uart1_handle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;                   //RXTX双向通信HAL_UART_Init(&uart1_handle);
}void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)                //msp初始化GPIO、NVIC
{if(huart->Instance == USART1)                               //进一步判断是否串口一，防止出始化其他串口{__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();                          //串口使能__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//调用GPIO初始化函数gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_9;                       // TX引脚gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;                 // 复用推挽输出gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;                     // 上拉gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;           // 高速HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_10;                      // RX引脚gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;              // 复用输入模式HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 2, 2);__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE);               //串口中断位，判断中断是否打开}                                                           //RXNE为数据是否接收位，为1则接收
}void USART1_IRQHandler(void)                                    //中断服务函数
{uint8_t receive_data = 0;if(__HAL_UART_GET_FLAG(&uart1_handle, UART_FLAG_RXNE) != RESET)//判断该位是否为一{HAL_UART_Receive(&uart1_handle, &receive_data, 1, 1000);    //接收数据：串口、接收数据存储地、一位的移动、超时1000代表1sHAL_UART_Transmit(&uart1_handle, &receive_data, 1, 1000);}
}

关于接收、发送模式可参考附图

以上图均来自STM32中文参考手册