STMicroelectronics 系列：STM32F1 系列_（8）.STM32F1系列的USART接口及编程

STM32F1系列的USART接口及编程

1. USART接口概述

USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）是一种串行通信接口，可以支持异步和同步通信模式。在STM32F1系列单片机中，USART接口用于实现与外部设备的串行数据通信，例如与其他单片机、计算机、传感器等设备进行数据交换。USART接口可以配置为多种通信模式，包括UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）模式和SMARTCARD模式等。

1.1 USART接口的特点

• 全双工通信：USART接口支持同时发送和接收数据。

• 多种通信模式：支持异步（UART）和同步（SPI）模式。

• 灵活的波特率设置：可以通过软件配置多种波特率，以适应不同的通信需求。

• 多种数据帧格式：支持8位、9位数据长度，可以选择不同的停止位和校验位。

• 中断和DMA支持：可以使用中断或DMA进行数据传输，提高通信效率。

• 多种触发条件：支持多种中断触发条件，如接收数据完成、发送数据完成、错误检测等。

1.2 USART接口的应用场景

USART接口广泛应用于各种嵌入式系统中，常见的应用场景包括：

• 与PC通信：通过串行通信与PC进行数据交换，常用于调试和数据采集。

• 与传感器通信：读取传感器数据，如温度、湿度等。

• 与外部设备通信：与其他单片机或模块进行数据通信，实现协同工作。

2. USART接口的硬件结构

2.1 USART寄存器

STM32F1系列单片机的USART接口主要由以下几个寄存器组成：

• USART_SR（Status Register）：状态寄存器，用于指示USART的工作状态。

• USART_DR（Data Register）：数据寄存器，用于读取或写入数据。

• USART_BRR（Baud Rate Register）：波特率寄存器，用于设置通信速度。

• USART_CR1（Control Register 1）：控制寄存器1，用于配置基本功能。

• USART_CR2（Control Register 2）：控制寄存器2，用于配置高级功能。

• USART_CR3（Control Register 3）：控制寄存器3，用于配置通信模式和流量控制。

• USART_GTPR（Guard Time and Prescaler Register）：保护时间和预分频寄存器，用于配置SMARTCARD模式。

2.2 USART寄存器详解

2.2.1 USART_SR（Status Register）

• PE（Parity Error）：奇偶校验错误标志。

• FE（Framing Error）：帧错误标志。

• NE（Noise Error）：噪声错误标志。

• ORE（Overrun Error）：溢出错误标志。

• IDLE（Idle Line Detected）：空闲线检测标志。

• RXNE（Read Data Register Not Empty）：读数据寄存器非空标志。

• TC（Transmission Complete）：传输完成标志。

• TXE（Transmit Data Register Empty）：写数据寄存器空标志。

• LBDF（LIN Break Detected Flag）：LIN中断标志。

• CTS（Clear To Send）：清除发送标志。

• CTSIF（CTS Interrupt Flag）：CTS中断标志。

• REACK（Receiver Break Acknowledge）：接收器中断标志。

• TEACK（Transmitter Break Acknowledge）：发送器中断标志。

• RTOF（Receiver Time Out）：接收超时标志。

2.2.2 USART_DR（Data Register）

• DR[8:0]：数据寄存器，用于读取或写入数据。如果配置为9位数据长度，第9位数据存储在DR[8]。

2.2.3 USART_BRR（Baud Rate Register）

• DIV_Fraction[3:0]：波特率分频的分数部分。

• DIV_Mantissa[11:4]：波特率分频的整数部分。

2.2.4 USART_CR1（Control Register 1）

• UE（USART Enable）：USART使能位。

• UESM（USART in Mode 11110）： USART模式。

• RE（Receiver Enable）：接收器使能位。

• TE（Transmitter Enable）：发送器使能位。

• RTE（Receiver Time Out Enable）：接收超时使能位。

• IDLEIE（Idle Line Interrupt Enable）：空闲线中断使能位。

• RXNEIE（RXNE Interrupt Enable）：读数据寄存器非空中断使能位。

• TCIE（Transmission Complete Interrupt Enable）：传输完成中断使能位。

• TXEIE（TXE Interrupt Enable）：写数据寄存器空中断使能位。

• PS（Parity Selection）：奇偶校验选择位。

• PCE（Parity Control Enable）：奇偶校验使能位。

• WAKE（Wake-up Method）：唤醒方法选择位。

• M（Word Length）：数据长度选择位。

• UE（USART Enable）：USART使能位。

• OVER8（Oversampling by 8-bit or 16-bit）：8位或16位过采样选择位。

2.2.5 USART_CR2（Control Register 2）

• LINEN（LIN mode enable）：LIN模式使能位。

• STOP[1:0]：停止位选择位。

• CLKEN（Clock Enable）：时钟使能位。

• CPOL（Clock Polarity）：时钟极性选择位。

• CPHA（Clock Phase）：时钟相位选择位。

• LBCL（Last Bit Clock Pulse）：最后一位时钟脉冲选择位。

• ADD[3:0]：地址位。

2.2.6 USART_CR3（Control Register 3）

• RTSEN（RTS Enable）：RTS使能位。

• CTSEN（CTS Enable）：CTS使能位。

• ONEBIT（One-sample bit method enable）：单样本位方法使能位。

• OVRDIS（Overrun Disable）：溢出禁用位。

• DMAR（DMA Enable Receiver）：DMA接收使能位。

• DMAT（DMA Enable Transmitter）：DMA发送使能位。

• SCEN（SmartCard mode enable）：SMARTCARD模式使能位。

• HSE（Half-duplex mode enable）：半双工模式使能位。

• IRLP（IrDA Low-Power mode）：IrDA低功耗模式选择位。

• IREN（IrDA mode enable）：IrDA模式使能位。

• EIE（Error Interrupt Enable）：错误中断使能位。

2.2.7 USART_GTPR（Guard Time and Prescaler Register）

• GT[7:0]：保护时间，用于SMARTCARD模式。

• PSC[7:0]：预分频器值，用于SMARTCARD模式。

3. USART接口的初始化

在使用USART接口之前，需要进行初始化配置。初始化过程包括配置波特率、数据格式、中断和DMA等。以下是一个详细的初始化步骤：

3.1 配置波特率

波特率决定了数据传输的速度，可以通过USART_BRR寄存器进行配置。波特率的计算公式如下：

KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '_' at position 58: …es (\text{USART_̲DIV})}

其中，USART_DIV是USART_BRR寄存器的值。

3.2 配置数据格式

数据格式包括数据长度、停止位和校验位。通过USART_CR1和USART_CR2寄存器进行配置。

• 数据长度：通过USART_CR1寄存器的M位配置，0为8位，1为9位。

• 停止位：通过USART_CR2寄存器的STOP位配置，00为1位停止位，01为0.5位停止位，10为1.5位停止位，11为2位停止位。

• 校验位：通过USART_CR1寄存器的PCE和PS位配置，PCE为1时启用校验，PS为0时选择偶校验，PS为1时选择奇校验。

3.3 配置中断

可以通过USART_CR1寄存器的中断使能位配置中断，例如RXNEIE位用于使能接收数据完成中断。

3.4 配置DMA

DMA（Direct Memory Access）可以用于高效的数据传输。通过USART_CR3寄存器的DMAR和DMAT位配置DMA接收和发送。

3.5 初始化代码示例

以下是一个使用STM32F103C8T6的USART1接口进行初始化的代码示例：

#include "stm32f10x.h"



// 初始化USART1

void USART1_Init(void) {

    // 使能GPIO和USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);



    // 配置USART1的TX和RX引脚

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; // PA9为TX，PA10为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);



    // 配置USART1

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率9600

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8Bits; // 8位数据长度

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验位

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件流控制

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 使能接收和发送

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



    // 使能USART1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);



    // 使能接收数据完成中断

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);



    // 配置NVIC

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}



// USART1中断处理函数

void USART1_IRQHandler(void) {

    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {

        // 读取接收到的数据

        uint8_t data = USART_ReceiveData(USART1);



        // 处理数据

        // 例如：发送回收到的数据

        USART_SendData(USART1, data);



        // 清除中断标志

        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);

    }

}



// 主函数

int main(void) {

    // 初始化USART1

    USART1_Init();



    // 无限循环

    while (1) {

        // 主循环中的其他代码

    }

}

3.5.1 代码解析

• 使能GPIO和USART1的时钟：通过RCC_APB2PeriphClockCmd函数使能GPIO和USART1的时钟。

• 配置USART1的TX和RX引脚：使用GPIO_InitTypeDef结构体配置PA9和PA10引脚为复用推挽输出模式。

• 配置USART1：使用USART_InitTypeDef结构体配置USART1的波特率、数据长度、停止位、校验位、硬件流控制和通信模式。

• 使能USART1：通过USART_Cmd函数使能USART1。

• 使能接收数据完成中断：通过USART_ITConfig函数使能USART1的接收数据完成中断。

• 配置NVIC：使用NVIC_InitTypeDef结构体配置NVIC，使能USART1的中断。

• USART1中断处理函数：在中断处理函数中，读取接收到的数据并发送回该数据，然后清除中断标志。

4. USART接口的数据传输

4.1 异步数据传输

异步数据传输是最常用的通信模式。在这种模式下，数据的发送和接收不需要同步时钟信号。

4.1.1 发送数据

发送数据时，需要将数据写入USART_DR寄存器。当USART_DR寄存器为空时，数据会自动发送。

void USART1_Send(uint8_t data) {

    // 等待发送寄存器为空

    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);

    // 发送数据

    USART_SendData(USART1, data);

}



// 发送字符串

void USART1_SendString(char *str) {

    while (*str) {

        USART1_Send(*str++);

    }

}

4.1.2 接收数据

接收数据时，需要读取USART_DR寄存器。当USART_DR寄存器非空时，数据可以被读取。

uint8_t USART1_Receive(void) {

    // 等待接收寄存器非空

    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);

    // 读取数据

    return USART_ReceiveData(USART1);

}



// 接收字符串

void USART1_ReceiveString(char *str, uint8_t length) {

    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {

        str[i] = USART1_Receive();

    }

}

4.2 同步数据传输

同步数据传输需要外部时钟信号。在STM32F1系列中，USART接口可以配置为同步模式，但不常用。同步模式的配置与异步模式类似，主要区别在于时钟信号的配置。

4.3 DMA数据传输

DMA（Direct Memory Access）可以用于高效的数据传输，特别是在需要大量数据传输时。以下是一个使用DMA进行数据传输的代码示例：

4.3.1 配置DMA

void DMA_Config(void) {

    // 使能DMA1的时钟

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);



    // 配置DMA1通道4（USART1_TX）

    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART1->DR);

    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)(&txBuffer);

    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;

    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = TX_BUFFER_SIZE;

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;

    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;

    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;

    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

    DMA_Init(DMA1_Channel4, &DMA_InitStructure);



    // 配置DMA1通道5（USART1_RX）

    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)(&rxBuffer);

    DMA_Init(DMA1_Channel5, &DMA_InitStructure);



    // 使能DMA1通道4和5

    DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE);

    DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE);



    // 使能USART1的DMA发送和接收

    USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Tx, ENABLE);

    USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Rx, ENABLE);

}

4.3.2 使用DMA发送和接收数据

uint8_t txBuffer[TX_BUFFER_SIZE] = "Hello, World!";

uint8_t rxBuffer[RX_BUFFER_SIZE];



void USART1_SendDMA(uint8_t *data, uint8_t length) {

    // 配置DMA传输

    DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel4, length);

    DMA_SetMemoryAddress(DMA1_Channel4, (uint32_t)data);



    // 使能DMA传输

    DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE);

}



void USART1_ReceiveDMA(uint8_t *data, uint8_t length) {

    // 配置DMA传输

    DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel5, length);

    DMA_SetMemoryAddress(DMA1_Channel5, (uint32_t)data);



    // 使能DMA传输

    DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE);

}



// 主函数

int main(void) {

    // 初始化USART1

    USART1_Init();



    // 配置DMA

    DMA_Config();



    // 发送数据

    USART1_SendDMA(txBuffer, sizeof(txBuffer));



    // 接收数据

    USART1_ReceiveDMA(rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);



    // 无限循环

    while (1) {

        // 主循环中的其他代码

    }

}

4.3.3 代码解析

• 使能DMA1的时钟：通过RCC_AHBPeriphClockCmd函数使能DMA1的时钟。

• 配置DMA1通道4（USART1_TX）：使用DMA_InitTypeDef结构体配置DMA1通道4，用于USART1的发送数据。DMA_PeripheralBaseAddr设置为USART1的数据寄存器地址，DMA_MemoryBaseAddr设置为发送缓冲区地址，DMA_DIR设置为DMA_DIR_PeripheralDST（外设作为目标），DMA_BufferSize设置为缓冲区大小，DMA_PeripheralInc设置为DMA_PeripheralInc_Disable（外设地址不递增），DMA_MemoryInc设置为DMA_MemoryInc_Enable（内存地址递增），DMA_PeripheralDataSize和DMA_MemoryDataSize设置为DMA_PeripheralDataSize_Byte（单字节传输），DMA_Mode设置为DMA_Mode_Normal（正常模式），DMA_Priority设置为DMA_Priority_High（高优先级），DMA_M2M设置为DMA_M2M_Disable（禁止内存到内存传输）。

• 配置DMA1通道5（USART1_RX）：使用DMA_InitTypeDef结构体配置DMA1通道5，用于USART1的接收数据。DMA_DIR设置为DMA_DIR_PeripheralSRC（外设作为源），其他配置与发送通道类似。

• 使能DMA1通道4和5：通过DMA_Cmd函数使能DMA1的通道4和5。

• 使能USART1的DMA发送和接收：通过USART_DMACmd函数使能USART1的DMA发送和接收请求。

• 发送数据：通过USART1_SendDMA函数发送数据。首先设置当前数据计数器和内存地址，然后使能DMA传输。

• 接收数据：通过USART1_ReceiveDMA函数接收数据。首先设置当前数据计数器和内存地址，然后使能DMA传输。

5. USART接口的高级功能

5.1 流量控制

USART接口支持硬件流量控制，可以通过RTS（Request to Send）和CTS（Clear to Send）信号来控制数据的传输。这种方式可以防止数据丢失和溢出。

5.1.1 配置硬件流量控制

在配置硬件流量控制时，需要确保RTS和CTS引脚已经正确配置，并且通过USART_CR3寄存器启用硬件流控制功能。以下是一个配置硬件流量控制的代码示例：

void USART1_InitWithFlowControl(void) {

    // 使能GPIO和USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);



    // 配置USART1的TX、RX、RTS和CTS引脚

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12; // PA9为TX，PA10为RX，PA11为RTS，PA12为CTS

    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);



    // 配置USART1

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率9600

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8Bits; // 8位数据长度

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验位

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS; // 使能硬件流控制

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 使能接收和发送

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



    // 使能USART1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);



    // 使能接收数据完成中断

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);



    // 配置NVIC

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

5.2 奇偶校验

奇偶校验是一种简单的错误检测方法，可以在数据传输过程中检测到某些错误。通过USART_CR1寄存器的PCE和PS位可以配置奇偶校验。

5.2.1 配置奇偶校验

在配置奇偶校验时，需要通过USART_CR1寄存器的PCE位启用奇偶校验，并通过PS位选择奇校验或偶校验。以下是一个配置奇偶校验的代码示例：

void USART1_InitWithParity(void) {

    // 使能GPIO和USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);



    // 配置USART1的TX和RX引脚

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; // PA9为TX，PA10为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);



    // 配置USART1

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率9600

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8Bits; // 8位数据长度

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_Odd; // 选择奇校验

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件流控制

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 使能接收和发送

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



    // 使能USART1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);



    // 使能接收数据完成中断

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);



    // 配置NVIC

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

5.3 低功耗模式

USART接口还支持低功耗模式，可以在不需要通信时关闭时钟或进入低功耗状态，以节省功耗。

5.3.1 配置低功耗模式

在配置低功耗模式时，可以通过关闭USART1的时钟或使用USART的低功耗模式来实现。以下是一个示例代码：

void USART1_EnterLowPowerMode(void) {

    // 关闭USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, DISABLE);



    // 关闭USART1

    USART_Cmd(USART1, DISABLE);

}



void USART1_ExitLowPowerMode(void) {

    // 使能USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);



    // 使能USART1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

}

5.4 错误处理

在数据传输过程中，可能会出现各种错误，如奇偶校验错误、帧错误、噪声错误等。可以通过中断或轮询方式检测这些错误并进行处理。

5.4.1 配置错误中断

在配置错误中断时，需要通过USART_CR1寄存器的EIE位启用错误中断，并在中断处理函数中检查具体的错误类型。以下是一个配置错误中断的代码示例：

void USART1_InitWithErrorInterrupt(void) {

    // 使能GPIO和USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);



    // 配置USART1的TX和RX引脚

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; // PA9为TX，PA10为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);



    // 配置USART1

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率9600

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8Bits; // 8位数据长度

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验位

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件流控制

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 使能接收和发送

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



    // 使能USART1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);



    // 使能接收数据完成中断和错误中断

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_ERROR, ENABLE);



    // 配置NVIC

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}



// USART1中断处理函数

void USART1_IRQHandler(void) {

    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {

        // 读取接收到的数据

        uint8_t data = USART_ReceiveData(USART1);



        // 处理数据

        // 例如：发送回收到的数据

        USART_SendData(USART1, data);



        // 清除中断标志

        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);

    }



    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ERROR) != RESET) {

        // 检查具体的错误类型

        if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_PE) != RESET) {

            // 奇偶校验错误

            USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_PE);

        }



        if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_FE) != RESET) {

            // 帧错误

            USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_FE);

        }



        if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_NE) != RESET) {

            // 噪声错误

            USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_NE);

        }



        if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_ORE) != RESET) {

            // 溢出错误

            USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_ORE);

        }



        // 清除错误中断标志

        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_ERROR);

    }

}

5.5 其他高级功能

5.5.1 LIN模式

LIN（Local Interconnect Network）模式是一种单主多从的通信协议，常用于汽车电子系统。通过USART_CR2寄存器的LINEN位可以启用LIN模式。

5.5.2 SMARTCARD模式

SMARTCARD模式用于与智能卡进行通信。通过USART_CR3寄存器的SCEN位可以启用SMARTCARD模式。此外，还需要配置保护时间和预分频器值。

void USART1_InitSMARTCARD(void) {

    // 使能GPIO和USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);



    // 配置USART1的TX和RX引脚

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; // PA9为TX，PA10为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);



    // 配置USART1

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率9600

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8Bits; // 8位数据长度

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验位

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件流控制

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 使能接收和发送

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



    // 使能SMARTCARD模式

    USART_CR3->SCEN = 1; // 启用SMARTCARD模式

    USART_GTPR->PSC = 0; // 设置预分频器值

    USART_GTPR->GT = 1; // 设置保护时间为1



    // 使能USART1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);



    // 使能接收数据完成中断

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);



    // 配置NVIC

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

5.5.3 IrDA模式

IrDA（Infrared Data Association）模式用于红外数据通信。通过USART_CR3寄存器的IREN位可以启用IrDA模式。此外，还需要配置低功耗模式。

void USART1_InitIrDA(void) {

    // 使能GPIO和USART1的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);



    // 配置USART1的TX和RX引脚

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; // PA9为TX，PA10为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);



    // 配置USART1

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率9600

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8Bits; // 8位数据长度

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验位

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件流控制

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 使能接收和发送

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



    // 使能IrDA模式

    USART_CR3->IREN = 1; // 启用IrDA模式

    USART_CR3->IRLP = 1; // 选择低功耗模式



    // 使能USART1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);



    // 使能接收数据完成中断

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);



    // 配置NVIC

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

6. 总结

USART接口在STM32F1系列单片机中是一个非常强大的串行通信接口，支持多种通信模式和高级功能。通过合理配置波特率、数据格式、中断和DMA，可以实现高效、可靠的串行通信。高级功能如流量控制、奇偶校验、低功耗模式、LIN模式、SMARTCARD模式和IrDA模式，可以进一步提高系统的灵活性和可靠性。希望本文的内容能帮助你更好地理解和使用STM32F1系列单片机的USART接口。