STM32 USART通信协议：15个底层原理解析，揭秘串口通信奥秘

# 1. STM32 USART概述和基础原理

USART（通用同步异步收发器）是一种用于串行通信的硬件外设，广泛应用于嵌入式系统中。它支持异步和同步通信模式，允许STM32微控制器与其他设备进行数据交换。

USART的基本原理是通过串行传输将数据比特逐个发送或接收。数据以帧的形式传输，每个帧包含一个起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位。USART使用内部时钟或外部时钟源来同步发送和接收操作。

USART通信协议的配置参数包括波特率、数据位长度、奇偶校验和停止位。这些参数必须在发送和接收设备之间匹配，以确保可靠的通信。

# 2. USART通信协议的理论解析

### 2.1 USART通信协议的帧结构和传输方式

#### 2.1.1 帧结构详解

USART通信协议采用异步传输方式，帧结构由起始位、数据位、校验位和停止位组成。

- **起始位：**一个逻辑低电平，表示帧的开始。
- **数据位：**传输实际数据的位，通常为 5、6、7 或 8 位。
- **校验位：**用于检测数据传输过程中的错误，可选为奇校验或偶校验。
- **停止位：**一个或多个逻辑高电平，表示帧的结束。

**示例：**一个 8 位数据、无校验、1 个停止位的帧结构：

起始位 | 数据位 (8) | 停止位

#### 2.1.2 传输方式对比

USART通信协议支持两种传输方式：

- **全双工传输：**设备可以同时发送和接收数据。
- **半双工传输：**设备只能在特定时间内发送或接收数据，需要切换传输方向。

### 2.2 USART通信协议的握手和校验

#### 2.2.1 握手机制

握手机制用于在数据传输开始前建立通信双方之间的同步。常见的握手方式有：

- **XON/XOFF 握手：**使用 XON 和 XOFF 控制字符来控制数据流。
- **硬件握手：**使用 RTS（请求发送）和 CTS（允许发送）信号线来控制数据流。

#### 2.2.2 校验方式

校验方式用于检测数据传输过程中的错误。USART通信协议支持以下校验方式：

- **奇校验：**数据位和校验位中 1 的个数为奇数。
- **偶校验：**数据位和校验位中 1 的个数为偶数。
- **无校验：**不使用校验位。

### 2.3 USART通信协议的错误处理

#### 2.3.1 错误类型

USART通信协议中可能发生的错误类型包括：

- **帧错误：**起始位或停止位丢失或错误。
- **奇偶校验错误：**校验位与数据位不匹配。
- **溢出错误：**接收缓冲区已满。
- **欠载错误：**接收缓冲区为空。

#### 2.3.2 错误处理机制

USART通信协议提供以下错误处理机制：

- **中断处理：**当发生错误时触发中断。
- **错误标志：**错误标志寄存器记录发生的错误类型。
- **错误计数器：**记录发生的错误次数。

# 3.1 USART通信协议的硬件配置

#### 3.1.1 引脚定义

USART通信协议的硬件配置主要涉及引脚定义和中断配置。引脚定义包括发送引脚（TX）和接收引脚（RX）。在STM32系列微控制器中，USART引脚通常定义在GPIO端口上。例如，STM32F103系列微控制器中，USART1的引脚定义如下：

| 引脚 | 功能 |
|---|---|
| PA9 | USART1_TX |
| PA10 | USART1_RX |

#### 3.1.2 中断配置

中断配置对于处理USART通信协议的数据收发至关重要。STM32系列微控制器提供了U