STM32串口通信详解：掌握数据传输的艺术，连接外界的桥梁

# 1. 串口通信基础

串口通信是一种异步串行通信协议，它通过一条数据线和一条控制线在两个设备之间传输数据。在串口通信中，数据被分解成单个比特，并按顺序发送。接收设备将这些比特重新组装成原始数据。

串口通信的优点包括：

- **简单性：**串口通信的实现相对简单，仅需少量硬件和软件。
- **可靠性：**串口通信使用奇偶校验或 CRC 校验来检测和纠正传输错误，从而提高了可靠性。
- **低成本：**串口通信所需的硬件和软件成本相对较低。

# 2. STM32串口硬件架构

STM32微控制器集成了功能强大的串口控制器，为数据传输提供了可靠的硬件基础。本章节将深入探讨STM32串口硬件架构，包括串口控制器和串口引脚配置。

### 2.1 STM32串口控制器

STM32微控制器通常包含多个串口控制器，每个控制器都支持不同的通信协议和特性。这些控制器称为通用异步收发器（UART），负责处理串口通信中的数据传输和接收。

UART控制器包含以下主要功能模块：

- **发送缓冲区：**存储待发送的数据。
- **接收缓冲区：**存储接收到的数据。
- **波特率发生器：**生成用于数据传输的时钟信号。
- **控制寄存器：**配置UART的各种参数，如波特率、数据格式和中断使能。

### 2.2 串口引脚配置

STM32微控制器的串口引脚配置通常包括以下步骤：

1. **选择串口控制器：**确定要使用的UART控制器。
2. **配置引脚复用：**将特定GPIO引脚配置为串口功能。
3. **配置引脚模式：**设置引脚为推挽输出或开漏输出。
4. **配置引脚速率：**设置引脚的输出速率。

**代码块：**

// 配置UART1的引脚
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;  // 使能UART1时钟
GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE9;         // 清除PA9模式位
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9_1;         // 设置PA9为复用推挽输出
GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9;          // 清除PA9配置位
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1;         // 设置PA9为复用推挽输出

**逻辑分析：**

* 第一行使能UART1时钟。
* 第二行和第三行配置PA9引脚为复用推挽输出模式。
* 第四行和第五行将PA9引脚配置为串口发送引脚。

**表格：STM32串口引脚配置**

| 引脚 | 功能 | 描述 |
|---|---|---|
| PA9 | TX | 串口发送引脚 |
| PA10 | RX | 串口接收引脚 |
| PA2 | CTS | 清除发送 |
| PA3 | RTS | 请求发送 |

**Mermaid流程图：STM32串口引脚配置流程**

sequenceDiagram
participant User
participant STM32
User->STM32: Select UART controller
STM32->User: Configure pin multiplexing
User->STM32: Configure pin mode
User->STM32: Configure pin rate

# 3. STM32串口编程

### 3.1 串口初始化

串口初始化是串口通信的第一步，它需要配置串口控制器和引脚。STM32的串口初始化过程包括以下步骤：

- **使能串口时钟：**在RCC寄存器中使能串口时钟，以提供串口控制器所需的时钟信号。
- **配置串口引脚：**配置串口引脚为复用功能，并选择正确的引脚复用模式。
- **配置串口控制器：**配置串口控制器的寄存器，包括波特率、数据格式、停止位和校验位。

// STM32F103C8T6 串口1初始化函数
void USART1_Init(void)
{
    // 使能串口1时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    // 配置串口1引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置串口1控制器
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能串口1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

### 3.2 数据发送和接收

串口数据发送和接收可以通过以下方式实现：

- **轮询方式：**不断检查串口控制器状态寄存器，直到数据发送或接收完成。
- **中断方式：**当数据发送或接收完成时，触发中断，从而执行相应的处理函数。

**轮询方式数据发送：**

// 轮询方式发送数据
void USART_SendData(USART_TypeDef *USARTx, uint8_t data)
{
    // 等待发送缓冲区为空
    while (USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);

    // 发送数据
    USART_SendData(USARTx, data);
}

**中断方式数据接收：**

// 中断方式接收数据
void USART_IRQHandler(void)
{
    // 检查接收缓冲区是否非空
    if (USART_GetITStatus(USARTx, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {