STM32单片机串口通信原理与实战：UART、USART和RS232的深入解读

# 1. 串口通信基础**

串口通信是一种异步串行通信协议，用于在两个设备之间传输数据。它通过一根或两根导线进行通信，一根用于发送数据，另一根用于接收数据。串口通信广泛应用于嵌入式系统、工业控制和数据采集等领域。

串口通信的基本原理是将数据按位发送，每个位由一个起始位、一个数据位、一个奇偶校验位（可选）和一个停止位组成。起始位和停止位用于标记数据帧的开始和结束，而数据位用于传输实际数据。奇偶校验位用于检测数据传输中的错误。

# 2. STM32单片机串口硬件

### 2.1 UART和USART模块

STM32单片机集成了多种串口通信模块，包括UART（通用异步收发器/传输器）和USART（通用同步/异步收发器/传输器）。

**UART**是一种异步串口，用于单向数据传输。它使用一个发送缓冲区和一个接收缓冲区来存储数据，并通过一个移位寄存器将数据逐位发送或接收。UART具有较高的数据传输速率，但其配置和使用相对复杂。

**USART**是一种同步/异步串口，既可以用于单向数据传输，也可以用于双向数据传输。它具有UART的所有功能，还增加了时钟同步功能。USART可以配置为同步或异步模式，在同步模式下，数据传输需要一个外部时钟信号。

### 2.2 串口引脚配置

STM32单片机的串口引脚通常分为以下几类：

- **TX（发送）引脚：**用于发送数据。
- **RX（接收）引脚：**用于接收数据。
- **RTS（请求发送）引脚：**用于控制数据流。
- **CTS（清除发送）引脚：**用于响应RTS信号，控制数据流。

串口引脚的配置需要根据具体应用场景进行设置。一般情况下，TX和RX引脚必须连接到外部设备的相应引脚，RTS和CTS引脚可以根据需要进行连接或不连接。

### 2.3 波特率设置

波特率是串口通信中数据传输速率的单位，表示每秒传输的比特数。STM32单片机的串口波特率可以通过寄存器配置。

波特率的计算公式如下：

波特率 = 系统时钟频率 / (16 * 分频系数)

分频系数是一个可配置的寄存器值，用于设置串口波特率。不同的STM32单片机型号可能具有不同的分频系数设置。

**代码块：**

// STM32F103系列串口波特率配置示例

#include "stm32f103xb.h"

void USART_Init(USART_TypeDef *USARTx)
{
    // 设置波特率为 9600bps
    USARTx->BRR = 0x341;

    // 配置数据帧格式：8位数据位，无校验位，1个停止位
    USARTx->CR1 &= ~(USART_CR1_M | USART_CR1_PCE | USART_CR1_TE | USART_CR1_RE);
    USARTx->CR1 |= USART_CR1_M_8 | USART_CR1_TE | USART_CR1_RE;

    // 使能串口
    USARTx->CR1 |= USART_CR1_UE;
}

**逻辑分析：**

该代码块实现了STM32F103系列单片机的USART波特率配置。

- `USARTx->BRR`寄存器用于设置波特率，其中`0x341`对应于9600bps的波特率。
- `USARTx->CR1`寄存器用于配置数据帧格式，包括数据位、校验位和停止位。
- `USART_CR1_M_8`设置数据位为8位。
- `USART_CR1_TE`和`USART_CR1_RE`使能发送和接收功能。
- `USART_CR1_UE`使能串口。

# 3. 串口通信软件编程

### 3.1 串口初始化和配置

**代码块 1：串口初始化**

void USART_Init(USART_TypeDef *USARTx, uint32_t baudrate) {
  // 使能串口时钟
  RCC