STM32F051——USART

通用同步异步收发器（USART）灵活地与外部设备进行全双工数据通信，满足外部设备对工业标准NRZ异步串行数据格式的要求。USART通过小数波特率发生器提供了多种波特率。它支持同步单向通信和半双工单线通信；还支持LIN（局域互联网络），智能卡协议与IrDA （红外数据协会）SIR ENDEC规范，以及调制解调操作（CTS/RTS）。而且，它还支持多处理器通信。

USART**支持同步模式，因此USART 需要同步始终信号USART_CK（如STM32 单片机），通常情况同步信号很少使用，因此USART和一般单片机UART使用方式是一样的，都使用异步模式。**

1.6 串口电路连接

接口与外部设备通过三个引脚相连， RX，TX，GND

任何 USART 双向通讯要求最少有两个引脚：接收数据输入（RX）和发送数据输出（TX）

RX: 接收数据输入是串行数据的输入口。使用过采样技术来完成数据恢复，以区别输入数据和噪声。

TX: 数据发送输出。当发送器被禁止，输出脚回到其 I/O 口配置状态。当发送器被使能，但不发送数据时，TX 脚为高电平输出。在单线和智能卡模式中，这个口线既用于发送数据也用于接收数据。

注意：

（1）电脑用的TTL电平和EIA电平不能直接连；

（2）TTL电平， 0V表示0 ，大于3.3或者5伏就表示为1了；

DB9插槽已经很少了，或者迷你USB口插槽，因此有的是USB线，这时需要当做串口用的话需要用驱动转换， CH340。

1.7 STM32f051串口

STM32F051内置多达两个通用同步 / 异步收发器（ USART1 和 USART2 ），通信速度可达 6 Mbit / s

如果使用 USART1进行串口传输通讯。查找原理图和手册，对应寄存器是PA9,PA10。

1.8 串口通信协议介绍

协议很重要！！！

从左到右，看图上发生的事件，实际发送从起始位开始，停止位结束。

1. 约定数据什么时候发送，不传输数据的时候默认都是高电平；

2. 起始位：开始发送的时候，发送一个低电平，作为起始位；

3. 数据位：约定数据位8~9位（正常的通讯协议是5~8位，但是STM32F0要求是8~9）；数据的低位先发送；

4. 校验位：数据发送完成，发送一个可选的校验位，检验数据的正确性；（奇校验，奇校验位设置1bit值为1，发送的数据里为1的 bit位的个数加上奇校验位的发送的奇校验标志1，一共是奇数个1，就是正确发送。偶校验同理），一般传输量不大，不会产生误差，所以一般不校验；

5. 停止位：1到2个bit数据，一般是设置为0；

6. 约定数据传输的速率，一般是用到是9600,115200（不是纯数据位，包含了起始位等）；

例如： 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 **TXD 串口输出0x05波形图、注意是低位先发送**

1.9 波特率

在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传输速率。所谓波特率，既每秒传送的二进制位数，其单位为bps（bits per second）。它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。

国际上规定一个标准的波特率系列： 110、300、600、 1200、1800、2400、4800、9600、115200、 14.4Kbps、19.2Kbps、……

例如：115200bps、指每秒传送115200位。通信双方必须设置同样的同学速率才能正常通信

注意：实际的数据没这么多，还包括起始位，结束位，校验位

2. USART寄存器介绍

2.1 控制寄存器 USART_CR

USART_CR1

32位，其中[31:26]无效，

以上描述，表明控制寄存器可以配置中断使能、通讯协议控制位，我们的开发只需要其中的一部分，也够用了，其他具体的配置需求可以参看手册的24章。

注意：串口通讯协议的配置，通常是8N1 配置：

8个通讯数据位， N没有奇偶校验，1个停止位；

USART_CR2配置停止位。

USART_CR2

串口通讯协议的 8N1 配置 8个通讯数据位， N没有奇偶校验，1个停止位；

2.2 波特率寄存器 USART_BRR

记录了 USART 的波特率。手动配置需要有公式去赋值， STM32CubeMX生成的工程会自动帮助配置，具体实现代码可以用来了解。

2.3 中断和状态寄存器 USART_ISR

用于判断输入、释放数据的状态：控制寄存器中数据发送位(TXE)为1，表示TDR已经有数据放到移位寄存器TX Shift Reg，等待移位寄存器输出（写外设）完毕；（发送寄存器(TXE)为空时，注意 USART_TDR 寄存器此时是空的，即可以往 USART_TDR 写入数据。此时写入 USART_TDR 寄存器不会覆盖先前在 USART_TDR 中的数据，已经到移位寄存器啦。) 控制寄存器中数据接收位(RXNE)为1，表示RDR已经有数据从移位寄存器RX Shift Reg中一位一位移动过来，等待被输入（芯片读）完毕；所以置位ISR的数据接收位 (RXNE)，就会设置将 RX Shift Reg 接收的数据移动到 USART_RDR 寄存器里，传输出错，ORE被设置，具体可以参考手册了解。

2.4 数据发送寄存器 USART_TDR

2.5 数据接收寄存器 USART_RDR

只读，不可写，保证读到的是接收到的。

串口的发送和接收过程举例：

上、中、下三部分：下是接收数据过程、中串口速度控制（波特率）、上发送数据过程

peripheral BUS：外设总线

Transmitter：发送器

Receiver： 接收器

Buffer：缓冲

Register：寄存器

FIFO：先入先出 一段空间大小的字符串传输，不是一个字节；

什么是FIFO？_大fu啊的博客-CSDN博客_fifo

Clock Source：时钟源

shifter：位移寄存器

Holding Register：存储寄存器

Control Unit：控制器

Non-FIFO 一个字节一个字节传输模式

Control unit 控制单元（检查是否有数据、控制移位寄存器）

TDR 发送数据寄存器：存储数据，控制单元检测有数据要传输，放到传输控制寄存器，发送移位会一位一位的发送出去。

RDR 接收数据寄存器：接收数据，控制单元检测有数据要读取，接收位移会一位一位的读取，放到接收控制寄存器。

Buad-rate generator 波特率产生器（控制接收和发送的速度）

ISR 状态寄存器（发送数据状态TEX，第7位；接收数据状态RXNE，第5位）

TDR 数据发送寄存器（发送的数据）

RDR 数据接收寄存器（读到的数据）

3 USART开发传输控制流程

3.1 USART硬件原理图分析

注意：如果无法识别串口，安装好ch340串口驱动。我分享了一个链接

链接：https://pan.baidu.com/s/1os__C48tMrrgEjYI-e7fUw?pwd=82gt
提取码：82gt

4 实践：USART控制——字符传输读写

4.1 CubeMX中配置管脚

设置PA10和PA9分别收发管脚使用** ，且需要注意咱们是用USART(同步异步串行接口)的异步功能，那么这里要明确去设置为异步通讯！*

之后要注意配置通讯协议，默认是115200，8N1。

4.2 串口数据的发送和接收

4.3 串口传输函数——读取寄存器方式

在usart.c中编写一下代码

(1) **串口发送一个字符:**
void Uart_Putchar(uint8_t ch)
{ //等待TDR为空，表示可写，ISR这时TXE是1
while(!(USART1->ISR &(1<<7)));
USART1->TDR = ch;//发送字符
}
(2) **串口接收一个字符:**
uint8_t Uart_Getchar(void)
{ //等待RDR不为空，表示收到数据，ISR这时RXNE是1
while(!(USART1->ISR & (1<<5)));
return USART1->RDR;//返回收到的字符
}

在usart.h中声明函数

/* USER CODE BEGIN Includes */
void Uart_Putchar(uint8_t ch);
uint8_t Uart_Getchar(void);
/* USER CODE END Includes */

Main.c中编写测试代码
char ch = 0;
while (1)
{
ch = Uart_Getchar();
Uart_Putchar(ch);
}

编译后再下载到板子上。板子接上串口线，和电脑连接，设备识别为如下端口：

如果你的串口线接线到电脑正确，但是没有识别到端口，可以尝试安装CH340驱动。

识别成功后，打开串口助手，配置如下:

配置好后，点击“打开”，在输入框里输入要发送的字符串，点击“发送”，可以看到接收框内收到对应得字符串。

拓展：实现字符串输出函数
void Uart_Putstring(uint8_t *str)
{
    while(*str != '\0')
    {
        Uart_Putchar(*str);
        str++;
    }
}

4.4 实践：USART控制——字符传输利用库

函数 HAL库中串口的收发函数在工程stm32f0xx_hal_uart.c文件中，定义了串口传输库函数。

(1) 串口的发送函数

HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart,

uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)；

(2) 串口的接收函数

HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart,

uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)；

打印一行测试：

4.5 实践6：USART控制——实现printf()串口重定向输出

printf函数的使用一般是在有屏幕的界面上实现代码的输出调试功能，而我们的开发环境中一般是没有屏幕的，此时我们可以将输出转移到其他设备上。在串口开发中，就经常利用此调试方法。需要注意的是printf函数的传输调用的是c库中的fputc函数。因此我们如果重新写了fputc函数，就可以改变printf函数的功能，可以向串口打印输出。

int fputc(int ch,FILE *f)
{
    while((USART1->ISR&(1<<7)) == 0);
    USART1->TDR=(uint8_t)ch;
    return ch;
}

这里我之前专门写过一篇介绍输入输出重定向的博文：

STM32——我对输入输出重定向的理解_宇努力学习的博客-CSDN博客_清除txe

1 协议基础知识介绍

1.1 同步通信和异步通信

同步通信：

异步通信：

1.2 串行通信和并行通信的区别

串行通信：

并行通信：

串行传输：

并行传输：

1.3 单工、半双工、全双工

1.4 常见通信总结

1.5 USART基本概念