STM32学习——USART学习

USART是什么？

USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)通用同步异步收发器是一个串行通信设备，可以灵活的与外部设备进行全双工数据交换。有别与USART，还有一个UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter)通用异步收发传输器，它在USART基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。

通信格式

串口通信一般是以帧格式传输数据，即一帧一帧传输，每帧包含有起始信号、数据信息、停止信息，可能还有校验信息。

USART用途

1、可以连接STM32和电脑端通信。
2、可以连接STM32和WiFi。
3、可以连接STM32和传感器（指纹模块MG200）。

STM32的USART资源

例如STM32F407ZGT6芯片，有6个USART+UART
USART1, USART2, USART3, USART6
UART4, UART5

USART数据帧

数据帧组成：起始位+数据位+校验位+停止位
1、起始位：目的是告知接收方接收数据，0有效
2、数据位：可以被编程（5,6,7,8），一般选择8位字长可以编程：数据位+校验位
3、校验位：奇偶校验位
4、停止位：可以被编程

USART特性

USART波特率

波特率指的是USART的数据传输速率。
常用的波特率：9600bit/s，76800bit/s，115200bit/s

USART特性分析

1、串行全双工
2、可配置为 16 倍过采样或 8 倍过采样，因而为速度容差与时钟容差的灵活配置提供了可能

3、数据字长度可编程（8 位或 9 位）
数据字长=数据位+校验位
数据位：8bit
校验位：1bit //常规情况下，不用校验位
数据字长：9bit
4、停止位可配置 - 支持 1 或 2 个停止位

5、单线半双工通信
在单线和智能卡模式下，该 I/O用于发送和接收数据（USART 电平下，随后在 SW_RX 上接收数据）。

6、发送器和接收器具有单独使能位
使能发送器，关闭接收器，此时USART就是单工通信
使能发送器和接收器，此时USART就是全双工通信

7、传输检测标志：
— 接收缓冲区已满
— 发送缓冲区为空
— 传输结束标志

USART功能说明

任何 USART 双向通信均需要 至少两个引脚：接收数据输入引脚 (RX) 和发送数据引脚输出 (TX)：
RX：接收数据输入引脚就是串行数据输入引脚。过采样技术可区分有效输入数据和噪声，从 而用于恢复数据。
TX：发送数据输出引脚。如果关闭发送器，该输出引脚模式由其 I/O 端口配置决定。如果使能了发送器但没有待发送的数据，则 TX 引脚处于高电平。在单线和智能卡模式下，该 I/O 用于发送和接收数据（USART 电平下，随后在 SW_RX 上接收数据）。
正常 USART 模式下，通过这些引脚以帧的形式发送和接收串行数据：
● 发送或接收前保持空闲线路
● 起始位
● 数据（字长 8 位或 9 位），最低有效位在前
● 用于指示帧传输已完成的 0.5 个、1 个、1.5 个、2 个停止位
● 该接口使用小数波特率发生器 - 带 12 位尾数和 4 位小数
● 状态寄存器 (USART_SR)
● 数据寄存器 (USART_DR)
● 波特率寄存器 (USART_BRR) - 12 位尾数和 4 位小数。

在同步模式下连接时需要以下引脚：
● SCLK：发送器时钟输出。该引脚用于输出发送器数据时钟，以便按照 SPI 主模式进行同步发送始位和结束位上无时钟脉冲，可通过软件向最后一个数据位发送时钟脉冲）。RX 上可同步接收并行数据。这一点可用于控制带移位寄存器的外设（如 LCD 驱动器）。时钟相位和极性可通过软件编程。在智能卡模式下，SCLK 可向智能卡提供时钟。
在硬件流控制模式下需要以下引脚：
● nCTS：“清除以发送”用于在当前传输结束时阻止数据发送（高电平时）
● nRTS：“请求以发送”用于指示 USART 已准备好接收数据（低电平时）。

框图分析

1、数据寄存器：DR
对于USART来说，其数据寄存器具有双重功能。当发送数据时，数据寄存器DR被用作发送数据寄存器（TDR–发送缓冲区）；当接收数据时，数据寄存器DR被用作接收数据寄存器（RDR–接收缓冲区）。
2、发送移位寄存器
DR和发送移位寄存器之间是并行接口，即TDR可以直接将8bit数据一次性全部放在移位寄存器中，然后移位寄存器会将来自TDR的8bit数据一位一位的发送出去。串行通信都会有移位寄存器。
3、数据的发送过程
发送的数据：”HELLO WORLD”
第一次发送：‘H’放到TDR-》发送移位寄存器-》’E’放到TDR
第二次发送：等待发送移位寄存器为空-》TDR将‘E’放到移位寄存器
4、数据的接收过程
接收的数据：”HELLO WORLD”
第一次接收：‘H’放到-》发送移位寄存器-》RDR
第二次接收：‘E’放到-》发送移位寄存器-》RDR为空-》放到RDR

小数波特率发生器

USART寄存器

状态寄存器 (USART_SR)

用来观察发送器和接收器的状态

TXE：发送数据寄存器为空 (Transmit data register empty)
当 TDR 寄存器的内容已传输到移位寄存器时，该位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存器
中 TXEIE 位 = 1，则会生成中断。通过对 USART_DR 寄存器执行写入操作将该位清零。
0：数据未传输到移位寄存器
1：数据传输到移位寄存器
注意：单缓冲区发送期间使用该位。

TC：发送完成 (Transmission complete)
如果已完成对包含数据的帧的发送并且 TXE 置 1，则该位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存
器中 TCIE = 1，则会生成中断。该位由软件序列清零（读取 USART_SR 寄存器，然后写入
USART_DR 寄存器）。TC 位也可以通过向该位写入‘0’来清零。建议仅在多缓冲区通信
时使用此清零序列。
0：传送未完成
1：传送已完成

RXNE：读取数据寄存器不为空 (Read data register not empty)
当 RDR 移位寄存器的内容已传输到 USART_DR 寄存器时，该位由硬件置 1。如果
USART_CR1 寄存器中 RXNEIE = 1，则会生成中断。通过对 USART_DR 寄存器执行读入
操作将该位清零。RXNE 标志也可以通过向该位写入零来清零。建议仅在多缓冲区通信时使
用此清零序列。
0：未接收到数据
1：已准备好读取接收到的数据

IDLE：检测到空闲线路 (IDLE line detected)
检测到空闲线路时，该位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存器中 IDLEIE = 1，则会生成中
断。该位由软件序列清零（读入 USART_SR 寄存器，然后读入 USART_DR 寄存器）。
0：未检测到空闲线路
1：检测到空闲线路
注意：直到 RXNE 位本身已置 1 时（即，当出现新的空闲线路时）IDLE 位才会被再次置 1。

控制寄存器 1 (USART_CR1)

OVER8：过采样模式 (Oversampling mode)
0：16 倍过采样
1：8 倍过采样
注意：8 倍过采样在智能卡、IrDA 和 LIN 模式下不可用：当 SCEN=1、IREN=1 或 LINEN=1 时，
OVER8 由硬件强制清零

UE：USART 使能 (USART enable)
该位清零后，USART 预分频器和输出将停止，并会结束当前字节传输以降低功耗。此位由软
件置 1 和清零。
0：禁止 USART 预分频器和输出
1：使能 USART

M：字长 (Word length)
该位决定了字长。该位由软件置 1 或清零。
0：1 起始位，8 数据位，n 停止位
1：1 起始位，9 数据位，n 停止位
注意：在数据传输（发送和接收）期间不得更改 M 位

程序配置

例如：使用USART1通信
1、开时钟：APB2—USART1; AHB1—GPIOA
2、对PA9和PA10进行初始化：工作模式—复用模式
3、指定将PA9和PA10复用为USART1_TX和USART1_RX
4、USART1进行初始化=》波特率，硬件流控制，校验位，模式，停止位，字长
5、使能USART1