STM32单片机UART编程指南：串口通信，数据传输的桥梁

# 1. STM32单片机UART概述

UART（通用异步收发传输器）是一种串行通信接口，广泛应用于嵌入式系统中。在STM32单片机中，UART模块提供了灵活且高效的串行通信功能。

UART采用异步传输方式，数据以单个比特的形式发送和接收，无需时钟信号同步。它支持多种通信参数配置，包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验，以适应不同的通信需求。

UART模块通常由一个发送器和一个接收器组成，分别负责数据的发送和接收。发送器将并行数据转换为串行数据，并通过串行接口发送出去。接收器则负责接收串行数据，并将其转换为并行数据，供MCU使用。

# 2. UART编程基础

### 2.1 UART硬件架构和寄存器

#### 2.1.1 UART的内部结构

UART（通用异步收发器/传输器）是一种串行通信接口，用于在两个设备之间传输数据。它通常由以下模块组成：

- **发送器：**负责将数据从设备发送到通信线上。
- **接收器：**负责从通信线上接收数据并将其传递给设备。
- **波特率发生器：**负责生成用于数据传输的时钟信号。
- **控制逻辑：**负责管理发送器、接收器和波特率发生器的操作。

#### 2.1.2 UART的寄存器和功能

UART通常通过寄存器进行配置和控制。以下是STM32单片机UART常用的寄存器：

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| **USART_CR1** | 控制寄存器1，用于配置UART的模式、波特率和中断 |
| **USART_CR2** | 控制寄存器2，用于配置UART的停止位、奇偶校验和数据长度 |
| **USART_CR3** | 控制寄存器3，用于配置UART的流控制和硬件流控制 |
| **USART_BRR** | 波特率寄存器，用于设置UART的波特率 |
| **USART_SR** | 状态寄存器，用于指示UART的状态，如发送缓冲区是否为空、接收缓冲区是否已满 |
| **USART_DR** | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |

### 2.2 UART通信协议和数据格式

#### 2.2.1 UART的通信方式

UART采用异步通信方式，这意味着发送器和接收器使用不同的时钟信号。发送器发送数据时，它会在数据位前面添加一个起始位，并在数据位后面添加一个停止位。接收器通过检测起始位和停止位来识别数据帧的开始和结束。

#### 2.2.2 数据帧的结构和传输

UART数据帧通常由以下部分组成：

- **起始位：**一个低电平信号，表示数据帧的开始。
- **数据位：**一个或多个二进制位，表示要传输的数据。
- **奇偶校验位（可选）：**一个位，用于检测数据传输中的错误。
- **停止位：**一个或多个高电平信号，表示数据帧的结束。

UART数据传输过程如下：

1. 发送器发送起始位。
2. 发送器发送数据位。
3. 发送器发送奇偶校验位（如果启用）。
4. 发送器发送停止位。
5. 接收器检测起始位。
6. 接收器接收数据位。
7. 接收器接收奇偶校验位（如果启用）。
8. 接收器检测停止位。

# 3. UART编程实践

### 3.1 UART初始化和配置

UART初始化和配置是UART编程实践的第一步，它主要包括时钟配置和波特率设置两个方面。

#### 3.1.1 UART时钟配置

UART时钟配置决定了UART通信的速度和稳定性。STM32单片机通常使用APB1或APB2总线时钟作为UART时钟源。APB1和APB2时钟的频率可以通过系统时钟（SYSCLK）进行分频得到。

/* UART时钟配置 */
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);

上例中，使能了USART2外设的APB1时钟。

#### 3.1.2 UART波特率设置

UART波特率设置决定了UART通信的数据传输速率。波特率可以通过配置UART的波特率寄存器（USART_BRR）来设置。

/* UART波特率设置 */
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
USART_Init(USART2, &USART_Init