17、江科大stm32视频学习笔记——USART串口协议和USART串口外设

1、通信接口

2、硬件电路

3、电平标准

4、串口参数及时序

5、USART简介

6、USART工作

（1）写操作

（2）读操作

（3）帧头和帧尾的添加和除由电路自动执行

（4）硬件数据控制流

（5）中断输出控制（USART）

（6）波特率发生器

7、USART基本结构

8、数据帧

9、波特率发生器

1、通信接口

• 通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统

• 通信协议：制定通信的规则，通信双方按照协议规则进行数据收发

异步：需要双方约定一个频率

2、硬件电路

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端 TX 和接收端 RX ）

• TX 与 RX 要交叉连接

• 当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线

• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

两个设备之间的GND一定要接在一起，但是VCC可以各自接

3、电平标准

• TTL 电平： +3.3V 或 +5V 表示 1 ， 0V 表示 0

• RS232 电平： -3~-15V 表示 1 ， +3~+15V 表示 0

• RS485 电平：两线压差 +2~+6V 表示 1 ， -2~-6V 表示 0 （差分信号）

4、串口参数及时序

• 波特率：串口通信的速率

速率的参数就是波特率，波特率就是每秒传输码元的个数，单位是码元/s（baud）

比特率：每秒传输的比特数，单位是bit/s,或者是bps

在二进制的情况下，一个码元及时一个bit，此时波特率等于比特率

• 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平

• 数据位：数据帧的有效载荷， 1 为高电平， 0 为低电平，低位先行

• 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来

• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

字节装载在数据帧中，数据帧由起始位、数据位、停止位组成

数据位有8个，代表一个字节的8位置，可以在最右边加一个奇偶校验位，则数据位总共是9位。接收方在接收数据后，会验证数据位和校验位

若规定发送的波特率是1000bps，表示1s要发1000位，每一位的时间就是1ms，发送方每隔1ms发送一位，接收方每隔1ms接受一位，决定了每隔多久发送一位

空闲状态下，起始位为高电平，起始位给低电平，使其产生下降沿，表示数据帧要开始

5、USART简介

• USART：通用同步 / 异步收发器

• USART 是 STM32 内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从 TX 引脚发送出去，也可自动接收 RX 引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里.

• 自带波特率（一般设置为9600/115200）发生器，最高达 4.5Mbits/s

• 可配置数据位长度（ 8/9 ）、停止位长度（ 0.5/1/1.5/2 ）

• 可选校验位（无校验 / 奇校验 / 偶校验）

• 支持同步模式、硬件流控制、 DMA 、智能卡、 IrDA 、 LIN

同步模式：多了个时钟CLK的输出

• STM32F103C8T6 USART 资源： USART1（APB2总线上的设备） 、 USART2（APB1）、 USART3（APB1）

6、USART工作

（1）写操作

当数据移位完成后，数据会立刻自动从TDR发送移位寄存器

TDR和移位寄存器的双重缓存，保证在连续发送数据时，数据帧之间不会有空闲，提高了工作效率

（2）读操作

因为串口协议规定是低位先行，所以接收移位寄存器时从高位往低位方向移动

（3）帧头和帧尾的添加和除由电路自动执行

（4）硬件数据控制流

A向B发送数据，当A一直发，B处理不过来；

若无硬件控制流，B只能抛弃新数据或者覆盖元数据；

有硬件控制流，硬件电路上会多出一条线，B没准备好置高电平，准备好置低电平；

A收到B的反馈决定数据发送，防止因为B处理慢而导致数据丢失。

能接收的时候，RTS就置低电平，请求对方发送，对方的CTS接收到后，就可以一直发

处理不过来时，RTS就置高电平，对方的CTS接收到后，就会暂停发送

（5）中断输出控制（USART）

TXE发送寄存器空，RXNE接收寄存器非空，是判断发送状态和接收状态的必要标志位
中断输出控制就是配置中断是不是能通向NVIC

（6）波特率发生器

波特率发生器是分频器，APB时钟进行分频，得到发送和接收移位的时钟

时钟输入时fPCLKx（x=1或2），USART1挂载在APB2，所以就是PCLK2的时钟，为72M

其他的USART挂载在APB1，就是PCLK1的时钟,为36M

之后对时钟进行分频，除以USARTDIV的分频系数，分频后再除以16，得到发送器时钟和接收器时钟，通向控制部分

若TE=1,发送器使能，发送部分的波特率就有效

若RE=1,接收器使能，接收部分的波特率有效

7、USART基本结构

8、数据帧

有8位字长和9位字长，分别可以选择有校验和无校验

9位建议有校验，8位建议无校验

停止位有0.5，1，1.5，2，建于选择1位

9、波特率发生器

发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定
计算公式：波特率 = fPCLK2/1 / (16 * DIV)//内部有16倍波特率的采样时钟

配置USART1为9600的波特率
9600=72M（USART1的时钟）/(16*DIV）
DIV=72M/9600/16=468.75(二进制：11101 0100.11)
用库函数配置，需要多少波特率直接写就行

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