通用同步異步收發器(Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter)是一個全雙工的串行通信設備；UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)是在USART基礎上裁掉了同步通信功能，只有異步通信。
USART滿足外部設備對工業標準NRZ異步串行數據格式的要求，并且使用了小數波特率發生器，可以提供多種波特率。USART支持同步單向通信和半雙工單線通信；還支持局域互連網絡、智能卡協議與LrDA SIR ENDEC規范；還支持DMA，可實現高速數據通信。
如下圖是USART功能框圖，我們將對此框圖進行分析。
1.功能引腳
TX：發送數據輸出引腳
RX：接收數據輸入引腳
SW_RX：數據接收引腳，內部引腳，只用于單線和智能卡模式
nRTS：發送請求輸出端，n表示低電平有效。如果是能RTS流控制，當USART接收器準備好接收新的數據時會將nRTS編程低電平；當接收寄存器已滿時，nRTS將會被設置為高電平，該引腳至適用于硬件流控制。
nCTS：請求發送輸入端，n表示低電平有效。如果使能CTS流控制，發送器在發送下一幀數據之前會檢測nCTS引腳，如果為低電平則發送數據，如果為高電平則在發送完當前數據之后停止發送，該引腳只適用于硬件流控制。
SCLK：發送器時鐘輸出引腳，僅適用于同步模式。
注意：UART只有異步傳輸功能，故沒有SCLK、nRTS和nCTS引腳。
2.數據寄存器
USART數據寄存器（USART_DR）包含TDR和RDR，兩者是介于系統總線和移位寄存器之間，只有低9位或低8有效，兩者選擇取決于USART控制寄存器1（USART_CR1）的M位，M=0為8位數據字長，M=1為9位數據字長。
3.控制器
USART有專門的控制發送的發送器、控制接收的接收器，還有喚醒單元、中斷控制等。使用USART之前，需要將USART_CR1的UE置1，使能串口時鐘供給。
發送器：
USART_CR1的TE置1，啟動數據發送，發送移位寄存器的數據會以低位在前、高位在后的形式從TX引腳輸出，如果是同步模式SCLK也將輸出時鐘信號。
如下，字符發送時序圖所示，一個字符幀發送需要三個部分：起始位+數據幀+停止位。起始位是一個位周期的低電平；數據幀是我們發送的8位或9位數據；停止位是一定時間周期的高電平，可以設置為0.5、1、1.5、2個停止位，默認使用1個停止位，2個停止位適用于USART模式、單線模式和調制解調器模式，0.5和1.5適用于智能卡模式。
發送數據重要的標志位
接收器
如果USART_CR1的RE置位，使能USART接受，使得接收器在RX線開始搜索起始位。接收數據時，幾個比較重要的標志位如下
4.小波特率生成
波特率指數據信號對載波的調制速率，它用單位時間內載波調制狀態改變次數來表示，單位為波特。比特率指單位時間內傳播的比特數。對于USART波特率與比特率相等。
USART的發送器和接收器使用相同的波特率，計算公式如下
其中，f為USART時鐘，USARTDIV是一個放在波特率寄存器（USART_BRR）的一個無符號定點數。其中 DIV_Mantissa[11:0]位定義USARTDIV的整數部分，DIV_Fraction[3:0]位定義USARTDIV 的小數部分。
5.校驗控制
USART支持奇偶校驗。使用校驗位時，串口傳輸的數據長度將是在8位的數據幀基礎上加上1位，此時需要將USART_CR1的M為置1，然后將USART_CR1的PCE置1啟動奇偶校驗。
奇偶校驗在發送和接收都是由硬件自動完成，如果在接收出現奇偶校驗失敗，會將USART_SR的PE置1，并可以產生奇偶校驗中斷。
6.中斷控制
USART有多個中斷請求事件，如下
7.USART初始化結構體詳解
HAL庫函數對每個外設都建立了一個初始化結構體和初始化配置函數，如USART_InitTypeDef和USART_Init()，USART_InitTypeDef用于配置外設工作參數，USART_Init()則將參數配置到相應的寄存器。
typedef struct {
uint32_t BaudRate; //波特率
uint32_t WordLength; //字長
uint32_t StopBits; //停止位
uint32_t Parity; //校驗位
uint32_t Mode; //UART 模式
uint32_t HwFlowCtl; //硬件流控制
uint32_t OverSampling; // 過采樣模式
uint32_t CLKLastBit; // 最尾位時鐘脈沖
} USART_InitTypeDef;
BaudRate：波特率設置。一般設置為 2400、9600、19200、115200。HAL 庫函數會根據設定值計算得到 UARTDIV 值。
WordLength：數據幀字長，可選 8 位或 9 位。
StopBits：停止位設置，可選 0.5 個、1 個、1.5 個和 2 個停止位。
Parity ： 奇 偶 校 驗 控 制 選 擇 ， 可 選 USART_PARITY_NONE ( 無校驗 ) 、USART_PARITY_EVEN (偶校驗)以及 USART_PARITY_ODD (奇校驗)。
Mode：UART 模式選擇，有 USART_MODE_RX 和 USART_MODE_TX，允許使用邏輯或運算選擇兩個，它設定 USART_CR1 寄存器的 RE 位和 TE 位。
8.編程要點
1) 使能 RX 和 TX 引腳 GPIO 時鐘和 USART 時鐘；
2) 初始化 GPIO，并將 GPIO 復用到 USART 上；
3) 配置 USART 參數；
4) 配置中斷控制器并使能 USART 接收中斷；
5) 使能 USART；
6) 在 USART 接收中斷服務函數實現數據接收和發送
9.代碼分析
GPIO和USART宏定義
//串口波特率
#define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
//引腳定義
/*******************************************************/
#define DEBUG_USART USART1
#define DEBUG_USART_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define DEBUG_USART_RX_PIN GPIO_PIN_10
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define DEBUG_USART_TX_PIN GPIO_PIN_9
#define DEBUG_USART_IRQHandler USART1_IRQHandler
#define DEBUG_USART_IRQ USART1_IRQn
/************************************************************/
void Usart_SendString(uint8_t *str);
void DEBUG_USART_Config(void);
int fputc(int ch, FILE *f);
int fgetc(FILE *f);
extern UART_HandleTypeDef UartHandle;
USART初始化配置。函數體中UartHandle 是定義為 UART_HandleTypeDef 結構體類型的全局變量，它管理著串口的所有配置，該函數與硬件無關。
具體的MCU底層硬件相關的配置如引腳、時鐘、DMA、中斷等等是在HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)中完成，該函數被HAL_UART_Init 函數所調用，所以我們只需要重新定義HAL_UART_MspInit函數即可完成底層硬件的配置。
/**
* @brief DEBUG_USART GPIO 配置,工作模式配置。115200 8-N-1
* @param 無
* @retval 無
*/
void DEBUG_USART_Config(void)
{
UartHandle.Instance = DEBUG_USART;
UartHandle.Init.BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
UartHandle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
UartHandle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
UartHandle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
UartHandle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
HAL_UART_Init(&UartHandle);
/*使能串口接收斷 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(&UartHandle,UART_IT_RXNE);
}
/**
* @brief UART MSP 初始化
* @param huart: UART handle
* @retval 無
*/
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
DEBUG_USART_CLK_ENABLE();
DEBUG_USART_RX_GPIO_CLK_ENABLE();
DEBUG_USART_TX_GPIO_CLK_ENABLE();
/**USART1 GPIO Configuration
PA9 ------> USART1_TX
PA10 ------> USART1_RX
*/
/* 配置Tx引腳為復用功能 */
GPIO_InitStruct.Pin = DEBUG_USART_TX_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
/* 配置Rx引腳為復用功能 */
GPIO_InitStruct.Pin = DEBUG_USART_RX_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_AF_INPUT; //模式要設置為復用輸入模式！
HAL_GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
HAL_NVIC_SetPriority(DEBUG_USART_IRQ ,0,1); //搶占優先級0，子優先級1
HAL_NVIC_EnableIRQ(DEBUG_USART_IRQ ); //使能USART1中斷通道
}
字符發送函數
/***************** 發送字符串 **********************/
void Usart_SendString(uint8_t *str)
{
unsigned int k=0;
do
{
HAL_UART_Transmit(&UartHandle,(uint8_t *)(str + k) ,1,1000);
k++;
} while(*(str + k)!=' 主站蜘蛛池模板： 宜黄县| 大新县| 翁牛特旗| 聂荣县| 彭泽县| 宣汉县| 郓城县| 新巴尔虎右旗| 建湖县| 白水县| 三明市| 乳源| 西充县| 农安县| 大新县| 同心县| 吉水县| 呈贡县| 左权县| 邯郸县| 无棣县| 桃园市| 通河县| 西峡县| 福泉市| 保定市| 南皮县| 博野县| 右玉县| 秦皇岛市| 江源县| 勃利县| 和龙市| 宿州市| 民县| 东乡县| 东台市| 盱眙县| 鹤岗市| 榆社县| 子长县|