STM32单片机串口编程：数据传输的桥梁，连接嵌入式世界

# 1. STM32单片机串口概述**

串口（Serial Communication Interface）是一种广泛应用于嵌入式系统中的通信接口，用于在不同设备之间传输数据。STM32单片机内置了多个串口模块，为开发者提供了灵活的通信选择。

串口通信采用串行传输方式，即数据以位为单位逐个发送和接收。这种传输方式具有成本低、抗干扰能力强等优点，使其成为嵌入式系统中常用的通信方式。STM32单片机的串口模块支持多种通信协议，包括UART、USART和RS-485，满足不同的应用需求。

# 2. 串口通信理论**

**2.1 串口通信原理**

串口通信是一种异步串行通信方式，它通过一根或多根导线将两个或多个设备连接起来，实现数据传输。串口通信的原理是将数据按位逐个发送和接收，每个数据位在发送前加上一个起始位，在发送后加上一个停止位。

**2.2 串口通信协议**

串口通信协议定义了数据传输的规则，包括数据位、停止位、奇偶校验位等参数。常用的串口通信协议有：

- **8-N-1**：8个数据位，无奇偶校验，1个停止位
- **8-E-1**：8个数据位，偶校验，1个停止位
- **8-O-1**：8个数据位，奇校验，1个停止位

**2.3 串口通信配置**

串口通信需要在发送端和接收端进行配置，以确保双方使用相同的通信参数。常用的配置参数包括：

- **波特率**：数据传输速率，单位为比特/秒（bps）
- **数据位**：每个数据字符的位数，通常为 5、6、7 或 8 位
- **停止位**：数据字符结束后的停止位数，通常为 1 或 2 位
- **奇偶校验**：用于检测数据传输错误，可以是偶校验、奇校验或无校验
- **流控**：控制数据流，防止数据丢失或溢出，可以是硬件流控（RTS/CTS）或软件流控（XON/XOFF）

**代码示例：**

#include "stm32f10x.h"

void USART_Config(void)
{
    // 配置 USART1
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    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);
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

**逻辑分析：**

该代码段配置了 STM32F10x 单片机的 USART1，波特率为 9600 bps，数据位为 8 位，停止位为 1 位，无奇偶校验，无流控。

**参数说明：**

- `RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE)`：使能 USART1 时钟
- `USART_InitTypeDef USART_InitStructure`：USART 初始化结构体
- `USART_InitStructure.USART_BaudRate`：波特率
- `USART_InitStructure.USART_WordLength`：数据位
- `USART_InitStructure.USART_StopBits`：停止位
- `USART_InitStructure.USART_Parity`：奇偶校验
- `USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl`：流控
- `USART_InitStructure.USART_Mode`：工作模式（发送和接收）
- `USART_Init(USART1, &USART_InitStructure)`：初始化 USART1
- `USART_Cmd(USART1, ENABLE)`：使能 USART1

# 3.1 串口初始化和配置

**串口初始化**

串口初始化是配置串口硬件和寄存器的过程，以使其能够进行通信。STM32单片机中，串口初始化主要涉及以下步骤：

1. **使能串口时钟：**在RCC寄存器中使能串口时钟，以提供串口所需的时钟源。
2. **配置引脚复用：**配置串口引脚的复用功能，使其连接到串口外设。
3. **设置波特率：**配置串口波特率寄存器（BRR），以设置串口通信速率。
4. **配置数据格式：**配置串口数据格式寄存器（CR1），以设置数据位、停止位和校验位。
5. **配置中断：**配置串口中断寄存器（CR2），以使能或禁用串口中断。

**代码块：**

// 使能串口1时钟
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

// 配置引脚复用
GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE9;
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9_1;

// 设置波特率
USART1->BRR = 0x341; // 9600波特率

// 配置数据格式
USART1->CR1 = USART_CR1_TE | USART_CR1_RE | USART_CR1_8M | USART_CR1_PS;

// 使能中断
USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE;

**逻辑分析：**

* 第1行：使能串口1时钟，以提供串口所需的时钟源。
* 第2-3行：配置PA9引脚为串口1的TX引脚，PA10引脚为串口1的RX引脚。
* 第4行：设置串口波特率为9600波特率。
* 第5行：配置数据格式为8位数据位、1个停止位、无校验位。
* 第6行：使能串口接收中断。

**串口配置**

串口配置包括设置串口通信参数，如数据位、停止位、校验位和流控制。这些参数可以通过串口配置寄存器（CR1、CR2和CR3）进行设置。

**代码块：**

// 设置数据位
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_M;
USART1->CR1 |= USART_CR1_M_1; // 9位数据位

// 设置停止位
USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP;
USART1->CR2 |= USART_CR2_STOP_1; // 2个停止位

// 设置校验位
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_PCE;
USART1->CR1 |= USART_CR1_PCE_1; // 奇校验

// 设置流控制
USART1->CR3 &= ~USART_CR3_RTSE;
USART1->CR3 |= USART_CR3_RTSE_1; // 使能RTS流控制

**逻辑分析：**

* 第1行：设置数据位为9位。
* 第2行：设置停止位为2个。
* 第3行：设置校验位为奇校验。
* 第4行：使能RTS流控制。

通过串口初始化和配置，可以使STM32单片机与外部设备进行串口通信。

# 4. 串口应用场景

### 4.1 串口调试和控制

串口广泛用于单片机系统的调试和控制。通过串口，工程师可以方便地向单片机发送命令和数据，并接收单片机返回的信息，从而实现对单片机的实时控制和调试。

#### 调试

在单片机开发过程中，串口调试是必不可少的工具。通过串口，工程师可以输出单片机内部变量的值、寄存器状态等信息，从而方便地定位和解决程序中的问题。

#### 控制

串口还可以用于控制单片机系统。通过串口，工程师可以向单片机发送控制命令，从而控制单片机的运行。例如，可以通过串口控制单片机打开或关闭某个外设，调整某