STM32单片机串口通信：与外部世界对话，拓展应用场景

# 1. STM32串口通信简介

串口通信是一种广泛应用于嵌入式系统中的通信方式，它通过串行发送和接收数据来实现设备之间的通信。STM32微控制器集成了串口通信外设，使其能够轻松与其他设备进行数据交换。

串口通信具有以下特点：

- **简单易用：**串口通信只需要两根信号线（TX和RX），不需要复杂的硬件电路。
- **低成本：**串口通信所需的硬件成本较低，适合于成本敏感的应用。
- **可靠性高：**串口通信采用异步传输方式，具有较高的可靠性。

# 2. 串口通信的基本原理

### 2.1 串口通信的硬件组成

串口通信的硬件组成主要包括以下几个部分：

- **串口控制器 (UART)**：负责串口数据的发送和接收，以及数据的格式转换和协议处理。
- **发送器和接收器**：用于将数据从UART发送到外部设备，或从外部设备接收数据到UART。
- **串口引脚**：用于连接UART和外部设备，通常包括TXD（发送数据）、RXD（接收数据）、GND（地线）等引脚。
- **外部设备**：与STM32进行串口通信的设备，例如传感器、显示器、其他微控制器等。

### 2.2 串口通信的数据格式和协议

串口通信的数据格式和协议定义了数据在串口线上传输的方式，主要包括以下几个方面：

- **数据位**：每个字符占用的位数，常见的数据位有5位、6位、7位和8位。
- **停止位**：字符传输结束后发送的停止位数，常见的有1位和2位。
- **奇偶校验**：用于检测数据传输中的错误，常见的有无校验、奇校验和偶校验。
- **波特率**：数据传输速率，单位为比特/秒（bps）。

串口通信协议定义了数据传输的规则，包括数据帧的格式、数据流控制和错误处理机制等。常用的串口通信协议有UART、RS-232、RS-485等。

#### 代码块：UART数据帧格式

+---------------------------------------------------+
| Start Bit (1 bit) | Data Bits (5-8 bits) | Stop Bit (1-2 bits) |
+---------------------------------------------------+

**参数说明：**

- **Start Bit**：数据帧的开始位，表示数据传输的开始。
- **Data Bits**：数据帧的数据位，表示要传输的数据。
- **Stop Bit**：数据帧的结束位，表示数据传输的结束。

**逻辑分析：**

UART数据帧采用异步传输方式，即每个字符的传输都是独立的，没有时钟信号同步。因此，需要通过Start Bit和Stop Bit来标记数据帧的开始和结束。

# 3.1 STM32串口硬件配置

### 3.1.1 GPIO配置

STM32的串口通信需要使用到GPIO引脚，因此在使用串口之前，需要对GPIO引脚进行配置。GPIO配置包括设置引脚模式、速率和输出类型。

/* GPIO配置 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

/* 使能串口GPIO时钟 */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

/* 配置串口发送引脚 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

/* 配置串口接收引脚 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

### 3.1.2 串口外设配置

串口外设配置包括设置波特率、数据位、停止位和校验位等参数。

/* 串口外设配置 */
USART_InitTypeDef USART_InitStruct;

/* 使能串口时钟 */
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

/* 配置串口参数 */
USART_InitStruct.BaudRate = 115200;
USART_InitStruct.WordLength = USART_WORDLENGTH_8B;
USART_InitStruct.StopBits = USART_STOPBITS_1;
USART_InitStruct.Parity = USART_PARITY_NONE;
USART_InitStruct.Mode = USART_MODE_TX_RX;
USART_InitStruct.HwFlowCtl = USART_HWCONTROL_NONE;
USART_InitStruct.OverSampling = USART_OVERSAMPLING_