STM32学习笔记-----UART的概念

在 STM32 中，UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常用的串行通信接口，广泛应用于嵌入式系统中。STM32 提供了丰富的硬件资源来支持 UART 通信，可以通过标准库（STM32 HAL 或者标准外设库）来进行配置和操作。

1. UART 基本概念

UART 是一种异步通信协议，通常用于两台设备之间的串行数据传输。它通过两根线：TX（Transmit）和RX（Receive），分别用于发送和接收数据。

UART 的工作原理：

• 异步通信：没有时钟信号的同步，数据传输速度由波特率决定。发送方和接收方的波特率必须相同。
• 数据格式：数据通常以帧的形式传输，每帧由起始位、数据位、停止位和可能的校验位组成。
  • 起始位：标志数据帧的开始。
  • 数据位：通常为 8 位或 9 位数据。
  • 停止位：标志数据帧的结束，通常为 1 位或 2 位。
  • 校验位（可选）：用于检测数据传输的错误。

2. STM32 UART 外设概述

在 STM32 系列中，UART 是通过硬件外设模块实现的。不同型号的 STM32 可能有 1 到多个 UART 外设，比如 USART1、USART2 等。每个 UART 外设通常具有如下功能：

• 波特率（Baud rate）设置
• 数据位（Data bits）设置
• 校验位（Parity）设置
• 停止位（Stop bits）设置
• 流控（Flow control）

3. STM32 标准库下的 UART 配置

3.1 初始化 UART 外设

使用 STM32 标准外设库进行 UART 配置时，通常需要配置 USARTx_InitTypeDef 结构体和相关外设寄存器。以下是基本的 UART 初始化步骤：

1. 使能 UART 外设的时钟： 每个 UART 外设都连接到一个时钟源，必须使能时钟以便能够使用 UART 功能。

   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);

2. 配置 UART 引脚： UART 通常需要连接到相应的 I/O 引脚上，例如 STM32 的 TX 和 RX 引脚，配置这些引脚的模式为复用功能。

   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;  // TX, RX
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  // 复用推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

3. 配置 UART 外设参数： 配置如波特率、数据位、停止位、校验位等参数。

   USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
   USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;  // 波特率设置
   USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  // 数据位长度
   USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  // 停止位
   USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;  // 无校验
   USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  // 无流控
   USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  // 启用发送和接收功能
   USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);

4. 使能 UART 外设： 配置完毕后，启用 UART 外设。

   USART_Cmd(USART2, ENABLE);

3.2 UART 发送数据

使用 USART_SendData() 函数发送数据：

USART_SendData(USART2, data);  // 发送一个字节数据
while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);  // 等待发送完成

3.3 UART 接收数据

使用 USART_ReceiveData() 函数接收数据：

if (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) != RESET) {
    data = USART_ReceiveData(USART2);  // 接收数据
}

4. 中断和 DMA 支持

• 中断方式：可以通过配置中断来实现更高效的通信处理，STM32 提供了丰富的中断支持，如接收中断、发送中断等。
• DMA 支持：UART 也可以通过 DMA 来进行数据传输，避免 CPU 的干预，提高数据传输效率。

配置中断的例：

USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);  // 接收中断使能

5. 标准库与 HAL 库的区别

• 标准外设库：这是 STM32 最初的库，提供了较低级别的操作接口，适合需要直接控制硬件的开发者。它是基于寄存器操作的，灵活但可能比较繁琐。
• HAL 库：硬件抽象层（HAL）库封装了更多的硬件操作，简化了开发工作。HAL 提供了更高级别的 API，可以在不深入硬件细节的情况下进行开发。

如果使用 STM32 标准外设库，基本上会手动操作寄存器，而使用 HAL 库时，很多操作都已经封装好了。对于大多数应用，使用 HAL 库可以更快速地实现 UART 通信。

6. 常见的配置选项

在使用 STM32 标准库时，通常会涉及到以下几个配置项：

• 波特率（Baud Rate）：通信双方必须使用相同的波特率。
• 数据位（Word Length）：通常为 8 位或 9 位。
• 停止位（Stop Bits）：一般为 1 或 2 位。
• 校验位（Parity）：可以选择奇校验、偶校验或无校验。
• 流控（Flow Control）：可以配置硬件流控（如 RTS/CTS）或软件流控（如 XON/XOFF）。

总结

在 STM32 中，通过标准外设库配置 UART 可以实现简单的串行通信，完成数据的发送和接收。配置过程包括引脚配置、外设时钟使能、外设初始化、数据传输控制等。通过中断或 DMA 可以提高效率，适应更复杂的应用场景。选择标准库还是 HAL 库则取决于具体的应用需求和开发者的偏好。