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STM32学习笔记-----UART的概念

news 2025/7/8 11:51:24

在 STM32 中，UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常用的串行通信接口，广泛应用于嵌入式系统中。STM32 提供了丰富的硬件资源来支持 UART 通信，可以通过标准库（STM32 HAL 或者标准外设库）来进行配置和操作。

1. UART 基本概念

UART 是一种异步通信协议，通常用于两台设备之间的串行数据传输。它通过两根线：TX（Transmit）和RX（Receive），分别用于发送和接收数据。

UART 的工作原理：

异步通信：没有时钟信号的同步，数据传输速度由波特率决定。发送方和接收方的波特率必须相同。
数据格式：数据通常以帧的形式传输，每帧由起始位、数据位、停止位和可能的校验位组成。
- 起始位：标志数据帧的开始。
- 数据位：通常为 8 位或 9 位数据。
- 停止位：标志数据帧的结束，通常为 1 位或 2 位。
- 校验位（可选）：用于检测数据传输的错误。

2. STM32 UART 外设概述

在 STM32 系列中，UART 是通过硬件外设模块实现的。不同型号的 STM32 可能有 1 到多个 UART 外设，比如 USART1、USART2 等。每个 UART 外设通常具有如下功能：

波特率（Baud rate）设置
数据位（Data bits）设置
校验位（Parity）设置
停止位（Stop bits）设置
流控（Flow control）

3. STM32 标准库下的 UART 配置

3.1 初始化 UART 外设

使用 STM32 标准外设库进行 UART 配置时，通常需要配置 USARTx_InitTypeDef 结构体和相关外设寄存器。以下是基本的 UART 初始化步骤：

使能 UART 外设的时钟：每个 UART 外设都连接到一个时钟源，必须使能时钟以便能够使用 UART 功能。
```
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
```

配置 UART 引脚： UART 通常需要连接到相应的 I/O 引脚上，例如 STM32 的 TX 和 RX 引脚，配置这些引脚的模式为复用功能。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;  // TX, RX
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

配置 UART 外设参数：配置如波特率、数据位、停止位、校验位等参数。

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;  // 波特率设置
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  // 数据位长度
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  // 停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;  // 无校验
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  // 无流控
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  // 启用发送和接收功能
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);

使能 UART 外设：配置完毕后，启用 UART 外设。
```
USART_Cmd(USART2, ENABLE);
```

3.2 UART 发送数据

使用 USART_SendData() 函数发送数据：

USART_SendData(USART2, data);  // 发送一个字节数据
while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);  // 等待发送完成

3.3 UART 接收数据

使用 USART_ReceiveData() 函数接收数据：

if (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) != RESET) {data = USART_ReceiveData(USART2);  // 接收数据
}

4. 中断和 DMA 支持

中断方式：可以通过配置中断来实现更高效的通信处理，STM32 提供了丰富的中断支持，如接收中断、发送中断等。
DMA 支持：UART 也可以通过 DMA 来进行数据传输，避免 CPU 的干预，提高数据传输效率。

配置中断的例：

USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);  // 接收中断使能

5. 标准库与 HAL 库的区别

标准外设库：这是 STM32 最初的库，提供了较低级别的操作接口，适合需要直接控制硬件的开发者。它是基于寄存器操作的，灵活但可能比较繁琐。
HAL 库：硬件抽象层（HAL）库封装了更多的硬件操作，简化了开发工作。HAL 提供了更高级别的 API，可以在不深入硬件细节的情况下进行开发。

如果使用 STM32 标准外设库，基本上会手动操作寄存器，而使用 HAL 库时，很多操作都已经封装好了。对于大多数应用，使用 HAL 库可以更快速地实现 UART 通信。

6. 常见的配置选项

在使用 STM32 标准库时，通常会涉及到以下几个配置项：

波特率（Baud Rate）：通信双方必须使用相同的波特率。
数据位（Word Length）：通常为 8 位或 9 位。
停止位（Stop Bits）：一般为 1 或 2 位。
校验位（Parity）：可以选择奇校验、偶校验或无校验。
流控（Flow Control）：可以配置硬件流控（如 RTS/CTS）或软件流控（如 XON/XOFF）。

总结

在 STM32 中，通过标准外设库配置 UART 可以实现简单的串行通信，完成数据的发送和接收。配置过程包括引脚配置、外设时钟使能、外设初始化、数据传输控制等。通过中断或 DMA 可以提高效率，适应更复杂的应用场景。选择标准库还是 HAL 库则取决于具体的应用需求和开发者的偏好。