STM32单片机C语言串口通信：串口原理、配置和数据传输的私密手册

# 1. STM32单片机串口基础**

STM32单片机内置串口外设，是一种异步通信接口，用于与其他设备进行数据交换。串口通信的基本原理是将并行数据转换为串行数据，通过单根信号线进行传输。串口通信具有成本低、使用方便、可靠性高的特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。

# 2. 串口通信原理

### 2.1 串口通信的物理层

串口通信的物理层负责数据的传输和接收，主要包括以下几个方面：

- **物理接口：**串口通信使用RS-232、RS-485或TTL电平等物理接口进行数据传输。
- **数据传输方式：**串口通信采用异步传输方式，即数据位、停止位和校验位之间没有固定的时间关系。
- **数据传输速率：**串口通信的传输速率通常在115200bps至921600bps之间。
- **数据格式：**串口通信的数据格式通常为8位数据位、1位停止位和无校验位。

### 2.2 串口通信的协议层

串口通信的协议层负责数据传输的可靠性和准确性，主要包括以下几个方面：

- **数据帧格式：**串口通信的数据帧通常由起始位、数据位、停止位和校验位组成。
- **数据校验：**串口通信可以使用奇校验、偶校验或无校验等方式进行数据校验。
- **流控制：**串口通信可以使用硬件流控制或软件流控制等方式控制数据流。
- **错误检测和重传：**串口通信可以使用CRC校验或重传机制检测和重传错误数据。

**代码示例：**

import serial

# 创建一个串口对象
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200, timeout=1)

# 发送数据
ser.write(b'Hello, world!')

# 接收数据
data = ser.read(10)

# 关闭串口
ser.close()

**逻辑分析：**

这段代码使用Python的`serial`库创建了一个串口对象，并设置了串口号、波特率和超时时间。然后，它发送数据`"Hello, world!"`，并接收10个字节的数据。最后，它关闭了串口。

**参数说明：**

- `/dev/ttyUSB0`：串口号
- 115200：波特率
- 1：超时时间（秒）
- `b'Hello, world!'`：发送的数据
- 10：接收的数据长度

# 3. STM32单片机串口配置**

**3.1 串口外设寄存器**

STM32单片机上的串口外设寄存器主要包括以下几类：

| 寄存器组 | 功能 |
|---|---|
| USART_CR1 | 控制寄存器 1，用于配置串口的基本参数，如波特率、数据位、停止位等 |
| USART_CR2 | 控制寄存器 2，用于配置串口的其他参数，如硬件流控制、中断使能等 |
| USART_CR3 | 控制寄存器 3，用于配置串口的其他参数，如奇偶校验、数据翻转等 |
| USART_BRR | 波特率寄存器，用于设置串口的波特率 |
| USART_SR | 状态寄存器，用于读取串口的当前状态，如发送缓冲区是否为空、接收缓冲区是否已满等 |
| USART_DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |

**3.2 串口配置步骤**

STM32单片机串口的配置步骤一般如下：

1. **时钟配置：**确保串口外设的时钟已开启。
2. **引脚配置：**将串口引脚配置为复用功能，连接到相应的串口外设。
3. **波特率配置：**根据实际需要设置串口的波特率。
4. **数据格式配置：**配置串口的数据位、停止位和奇偶校验等参数。
5. **中断配置：**根据需要配置串口的发送和接收中断。

**代码示例：**

以下代码示例展示了如何配置 STM32 单片机的串口：

// 时钟配置
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

// 引脚配置
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9_1 | GPIO_CRH_CNF9_1; // PA9 设置为复用推挽输出
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE10_1 | GPIO_CRH_CNF10_1; // PA10 设置为复用推挽输出

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

// 数据格式配置
USART1->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE; // 使能发送和接收
USART1->CR1 |= USART_CR1_M | USART_CR1_PS; // 8 位数据位，1 个停止位

// 中断配置
USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; // 使能接收中断
NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); // 使能 USART1 中断

**逻辑分析：**

* RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;：开启 USART1 外设的时钟。
* GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9_1 | GPIO_CRH_CNF9_1;：将 PA9 引脚配置为复用推挽输出，用于串口发送。
* GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE10_1 | GPIO_CRH_CNF10_1;：将 PA10 引脚配置为复用推挽输出，用于串口接收。
* USART1->BRR = 0x341;：设置串口的波特率为 9600。
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