STM32串口通信详解：UART、USART和SPI接口揭秘

# 1. 串口通信基础**

**1.1 串口通信概念**

串口通信是一种异步串行通信方式，它通过一根或多根线缆在两个设备之间传输数据。数据被分解成单个比特，并按顺序发送，每个比特都由一个起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位组成。

**1.2 串口通信协议**

串口通信协议定义了数据传输的规则，包括比特率、数据位、奇偶校验和停止位。常见的串口通信协议有UART（通用异步收发传输器）和SPI（串行外围设备接口）。UART是一种半双工协议，一次只能在一个方向上传输数据，而SPI是一种全双工协议，允许同时双向传输数据。

# 2. STM32串口硬件架构

### 2.1 UART和USART概述

**UART（通用异步收发传输器）**和**USART（通用同步异步收发传输器）**是STM32微控制器中用于串口通信的两个主要外设。它们都支持异步和同步通信模式，但USART还支持半双工通信模式。

UART和USART的主要区别在于时钟机制。UART使用外部时钟源，而USART使用内部时钟源。这使得USART在时钟精度和稳定性方面比UART更具优势。

### 2.2 SPI概述

**SPI（串行外围接口）**是一种用于与外部设备（如传感器、显示器和存储器）进行高速串行通信的接口。它是一种主从式接口，其中一个设备（主设备）控制通信，而另一个设备（从设备）响应主设备的请求。

SPI使用四线制通信：时钟线（SCK）、主设备输出数据线（MOSI）、从设备输出数据线（MISO）和片选线（SS）。片选线用于选择要通信的特定从设备。

### 2.3 STM32串口硬件寄存器

STM32微控制器中的串口外设都有一个专门的寄存器组，用于配置和控制串口通信。这些寄存器包括：

- **CR1控制寄存器：**用于配置串口模式、波特率和数据格式。
- **CR2控制寄存器：**用于配置中断、流控制和硬件流控制。
- **SR状态寄存器：**用于指示串口状态，如传输完成、接收完成和错误。
- **DR数据寄存器：**用于发送和接收数据。

**代码块：**

// UART初始化
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN; // 使能USART1时钟
USART1->CR1 = 0x0000; // 复位USART1寄存器
USART1->CR1 |= USART_CR1_UE; // 使能USART1
USART1->BRR = 0x0000; // 设置波特率为9600

**逻辑分析：**

* RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;：使能USART1时钟。
* USART1->CR1 = 0x0000;：复位USART1寄存器，清除所有配置。
* USART1->CR1 |= USART_CR1_UE;：使能USART1。
* USART1->BRR = 0x0000;：设置波特率为9600，计算公式为：BRR = SystemClock / (8 * BaudRate)。

**表格：**

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| CR1 | 控制寄存器，配置串口模式、波特率和数据格式 |
| CR2 | 控制寄存器，配置中断、流控制和硬件流控制 |
| SR | 状态寄存器，指示串口状态 |
| DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |

**流程图：**

sequenceDiagram
participant STM32
participant UART
STM32->UART: Send data
UART->ST