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

news 2025/8/23 4:42:38

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