STM32学习笔记（9_2）- USART串口外设

当我们配置好了USARTE电路无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。

最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com

在STM32中，集成了很多用于通信的外设模块，USART、I2C、SPI、CAN和USB，C8T6芯片是全部都支持的。

本期学习USART串口外设。

USART简介

一般我们串口很少使用这个同步功能，所以USART和UART使用起来，也没有什么区别。USRT它只支持时钟输出，不支持时钟输入，所以这个同步模式更多是为了兼容别的协议或者特殊用途而设计的，并不支持两个USRT之间进行同步通信，所以我们学习串口，主要还是异步通信。

USART大体可分为发送和接收两部分，发送部分就是将数据寄存器的一个字节数据，自动转换为协议规定的波形，从TX引脚发送出去；接收部分就是，自动接收RX引脚的波形，按照协议规定，解码为一个字节数据，存放在数据寄存器里。这就是USART电路的功能。

当我们配置好了USART电路，直接读写数据寄存器，就能自动发送和接收数据了。

波特率发生器，就是用来配置波特率的，它其实就是一个分频器，比如我们APB2总线给个72MHz的频率，然后波特率发生器进行一个分频，得到我们想要的波特率时钟。最后在这个时钟下，进行收发，就是我们指定的通信波特率。

数据位一般不需要校验就选8位，需要校验就选9位；我们最常用的就是1位停止位，其他的很少用；常用无校验位。

硬件流控制是，比如A设备有个TX向B设备的RX发送数据，A设备一直在发，发的太快了，B处理不过来，如果没有硬件流控制，那B就只能抛弃新数据或者覆盖原数据了。如果有硬件流控制，
在硬件电路上，会多出一根线。如果B没准备好接收，就置高电平，如果准备好了，就置低电平。A接收到了B反馈的准备信号，就只会在B准备好的时候，才发数据，如果B没准备好，那数据就不会发送出去。这就是硬件流控制，可以防止因为B处理慢而导致数据丢失的问题。硬件流控制，STM32也是有的，不过我们一般不用。

串口支持DMA，如果由大量数据收发，可以使用DMA转运数据，减轻CPU的负担。

STM32F103C8T6有三个串口。其中这里USART1是APB2总线上的设备，USART2、3是APB1的设备。

 USART框图

左上这里的SW_RX、RDA_OUT/IN这些是智能卡和IrDA通信的引脚，不用管这三个。

引脚这块，TX发送脚就是从发送移位寄存器这里接出去；RX接收脚，就是通向接收移位寄存器这里，这样就行了。

右上这部分就是串口的数据寄存器了 ，发送或接收的字节数据就存在这里。有两个数据寄存器，一个是发送数据寄存器TDR(Transmit DR)、一个是接收数据寄存器RDR(Receive DR)，这两个寄存器占用同一个地址。在程序上，只表现为一个寄存器，就是数据寄存器DR(Data Register)。但实际硬件中，是分成了两个寄存器。TDR是只写的，RDR是只读的。当你进行写操作时，数据就写入到TDR，当你进行读操作时，数据就是从RDR读出来的。

然后往下看，下面是两个移位寄存器，一个用于发送，一个用于接收。发送移位寄存器的作用就是，把一个字节的数据一位一位地移出去，正好对应串口协议的波形的数据位。比如你在某时刻给TDR写入了0x55这个数据，在寄存器里就是二进制存储，0101 0101，那么此时，硬件检测到你写入数据了。它就会检查，当前移位寄存器是不是有数据正在移位，如果没有，这个01010101就会立刻全部移动到发送移位寄存器，准备发送。当数据从TDR移动到移位寄存器时，会置一个标志位，叫TXE(TX Empty)，发送寄存器空，我们检查这个标志位，如果置1了，我们就可以在TDR写入下一个数据了。注意下，当TXE标志位置1时，数据还没发出去，只是数据从TDR转移到发送移位寄存器了，这时我们就可以往TDR写入新数据了。这里发送移位寄存器是向右移位的，所以正好和串口协议规定的低位先行，是一致的。如果当前移位寄存器移位还没有完成，TDR的数据就会进行等待，一但移位完成，就会立刻转移过来。接收端这边，也是类似的，当我们检测到RXNE置1之后，就可以把数据读走了。

当然发送还需要加上帧头帧尾，接收还需要剔除帧头帧尾，这些操作，它内部有电路会自动执行，我们知道会有硬件电路帮我们做就好了。

硬件流控制，简称流控。这里流控有两个脚，一是nRTS、二是nCTS。nRTS(Request To Send)是请求发送，是输出脚，也就是告诉别人，我当前能不能接收；nCTS(Clear To Send)是清除发送，是输入脚，也就是用于接收别人nRTS的信号的。这里前面加个n的意思是低电平有效。

接着看下面的中断输出控制 ，中断申请位，就是状态寄存器这里的各种标志位，有两个标志位比较重要。一个是TXE发送寄存器空，另一个是RXNE接收寄存器非空，这两个是判断发送状态和接收状态的必要标志位。中断控制这里就是配置中断是不是能通向NVIC，这个应该好理解。

USART1挂载在APB2，所以就是PCLK2的时钟，一般是72M；其他的USART都挂载在APB1，所以是PCLK1的时钟，一般是36M。

USART引脚分布表（C8T6）

 USART基本结构图

最左边这里是波特率发生器，用于产生约定的通信速率。时钟来源是PCLK2或1，经过波特率发生器分频后，产生的时钟通向发送控制器和接收控制器。发送控制器和接收控制器，用来控制发送移位和接收移位，之后，由发送数据寄存器和发送移位寄存器这两个寄存器的配合，将数据一位一位地右移出去（低位先行），通过GPIO的复用输出，输出到TX引脚，产生串口协议规定的波形。当数据由数据寄存器转到移位寄存器时，会置一个TEX的标志位，我们判断这个标志位，就可以知道是不是可以写下一个数据了。RX端也是一样的流程，在转移的同时，置一个RXNE标志位，我们检查这个标志位，就可以知道是不是收到数据了，同时这个标志位也可以去申请中断，这样就可以在收到数据时，直接进入中断函数，然后快速地读取和保存数据。

图中有四个寄存器，实际在软件层面，只有一个DR寄存器可以供我们读写。写入DR时，数据走上面这条路，进行发送；读取DR时，数据走下面这条路，进行接收。这就是USART进行串口数据收发的过程。

数据帧

在时钟的上升沿采集数据。

波特率