STM32串口通信深入分析：掌握9位数据宽度的幕后技术细节


# 摘要
STM32微控制器由于其高性能和灵活的配置选项，广泛应用于嵌入式系统中。本文重点研究了STM32串口通信中9位数据宽度的特性、配置和编程实践，分析了其在高精度数据采集和多协议通信中的应用案例。通过详细解析9位数据宽度的理论基础、寄存器配置和数据处理策略，本文为工程师提供了实现和优化高效可靠通信系统的参考。同时，本文还探讨了在特殊通信场景下的应用以及未来发展的潜在方向，如物联网(IoT)中的应用以及通信技术的创新。

# 关键字
STM32串口通信；9位数据宽度；寄存器配置；数据处理策略；高精度数据采集；多协议通信

参考资源链接：[STM32串口配置：9位数据位发送实战](https://wenku.csdn.net/doc/64533d2eea0840391e778d63?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32串口通信基础

串口通信是嵌入式系统中的一项基础且至关重要的技术。它允许微控制器与外围设备，如计算机、传感器或其他微控制器进行数据交换。STM32，作为广泛使用的ARM Cortex-M系列微控制器，提供了丰富的串口（USART）和串行外设接口（SPI）等通信接口。

在本章节中，我们会介绍STM32串口通信的基本概念和工作原理，为后续深入探讨串口通信的高级特性，如9位数据宽度等打下坚实的基础。首先，我们会讨论串口通信的基本要素，包括数据包结构、波特率设置、奇偶校验和停止位等。然后，我们会详细解释如何通过STM32的HAL库或寄存器级配置，实现基本的串口通信功能。

学习本章节后，读者应能够理解STM32串口通信的核心概念，并掌握实现基本串口通信的基本步骤。以下是一个简单的代码示例，展示如何使用STM32 HAL库初始化一个串口，并发送一个字符串消息：

#include "stm32f1xx_hal.h"
UART_HandleTypeDef huart2;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART2_UART_Init();

    char msg[] = "Hello STM32!\r\n";
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)msg, sizeof(msg), HAL_MAX_DELAY);

    while (1)
    {
    }
}

// ... 其他初始化函数 ...

上述代码段中初始化了USART2，并通过HAL库函数`HAL_UART_Transmit`向串口发送了一条消息。接下来的章节将详细介绍如何在STM32中实现和优化更为复杂的串口通信特性。

# 2. STM32串口硬件特性解析

STM32微控制器系列以其高性能、灵活的硬件特性以及丰富的外围设备支持，在嵌入式系统设计中占据了举足轻重的地位。本章节将深入探讨STM32串口硬件特性，为后面章节中对9位数据宽度的深入分析打下基础。

## 2.1 STM32串口概述

STM32系列微控制器通常包含多个硬件串口，即通用同步/异步收发传输器（USART/UART）。STM32的串口支持多种通信模式和数据格式，使得它们成为多种通信协议实现的理想选择。了解STM32串口的基本硬件特性是优化其性能并开发复杂应用的关键。

### 2.1.1 串口工作原理

在本部分，我们将解释STM32中串口是如何工作的，包括信号的发送和接收过程。这一部分涉及到了硬件层面的细节，比如TTL电平、RS-232电平转换器的工作方式等。

### 2.1.2 串口主要特性

STM32的串口有很多特性，包括但不限于：硬件流控制、独立的波特率生成器、多缓冲区配置、中断和DMA支持等。这些特性使STM32成为复杂通信应用的理想选择。

## 2.2 串口硬件特性细节

### 2.2.1 波特率生成

STM32串口通过其内部的时钟源（如HCLK）来生成不同的波特率。波特率计算公式如下：

BR = fCK / (8 * (2 - OVER8) * USRx)

其中`fCK`是时钟频率，`USRx`是波特率寄存器的值，`OVER8`是波特率倍增位。

### 2.2.2 数据格式与校验

STM32允许用户配置数据位、停止位和奇偶校验位。这可以提高数据传输的可靠性，并允许与多种不同的外部设备通信。

### 2.2.3 中断与DMA

STM32串口中断和直接内存访问（DMA）功能对于优化CPU使用率和提高数据吞吐量至关重要。当中断或DMA被启用时，串口可以在不干扰主程序的情况下处理数据。

### 2.2.4 硬件流控制

通过使用RTS（请求发送）和CTS（清除发送）信号，STM32可以实现硬件流控制。这一特性用于防止数据在高速通信中丢失。

## 2.3 串口配置实例

通过一个简单的例子，我们来看看如何在STM32上配置串口的基本参数。这个例子假定我们的系统时钟为72MHz，我们想要设置一个9600波特率的串口。

void USART_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    // 1. Enable the USARTx and GPIOx clock
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USARTx | RCC_APB2Periph_GPIOx, ENABLE);
    // 2. Configure the Tx as alternate function push-pull
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = USARTx_TxPin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);
    // 3. Configure the Rx as input floating
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = USARTx_RxPin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);
    // 4. Configure the USARTx
    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(USARTx, &USART_InitStructure);
    // 5. Enable the USARTx
    USART_Cmd(USARTx, ENABLE);
    // 6. Configure the USARTx interrupts (if needed)
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USARTx_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructur