【嵌入式开发】UART

一、概述

1.1 常见的通信类别/特点

1.2 常见几种通信

二、UART通信协议

2.1 UART通信介绍

2.2 UART通信协议

物理连接示意图：

三、STM32的UART接口

3.1 STM32的UART特点

3.2 STM32的UART框图分析

3.3 UART初始化步骤

3.4 STM32中UART使用

一、概述

通信时需要关注总线构成（硬件）和通信协议（软件）。

1.1 常见的通信类别/特点

同步：指的是通信双方步调一致，一般需要通过时钟线连接双方的时钟。

一方作为主机控制时钟（控制通信速度），另一方作为从机接收时钟。

异步：通信双方的时钟是彼此独立的（也没有时钟线连接），一般需要使通信双方达到相同的速度。即规定双方的波特率（bits / s）一致。

串行：数据线只有1或2根，每次只能传输1位数据。

并行：数据线一般有8或16，每次可以传输多位数据。

半双工：通信双方均可以给对方发送数据，但同一时间只能一方发送、另一方接收。

一般是因为数据线只有一组，所以同一时间，只有一方控制数据线。

全双工：通信双方可以同时给对方发送数据，并同时接收对方发送的数据。一般是

因为有多组数据线，所以同一时间，双方都可以控制自己发送数据的那组线。

1.2 常见几种通信

结合总线构成，判断其特点：

UART： Tx ， Rx 异步、串行、全双工

IIC： SCL ， SDA 同步、串行、半双工

SPI： SCK ， MOSI ， MISO 同步、串行、全双工

二、UART通信协议

2.1 UART通信介绍

通用异步收发器UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，是一种串行、异步、全双工的通信协议，在嵌入式领域应用的非常广泛。

一般将UART通信描述为异步串行通信，即串口通信，包括RS232、RS485、RS422、TTL等。以上这些都属于串口通信，其区别是电平规范、硬件实现不同。

所以若两个设备实现串口通信，但是由于硬件原因，使用了不同的电平规范，则需要在通信中使用电平转换芯片。例如有CH340芯片（TTL和USB电平转换），用于STM32芯片和电脑进行串口通信。

2.2 UART通信协议

UART作为异步串行通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个二进制位一位接一位地传输。在UART通信协议中，信号线上的状态为高电平时代表‘1’，信号线上的状态为低电平时代表‘0’。由于异步通信，即两个uart设备之间通信的时候无时钟线，这时候就需要在两个uart设备上指定相同的传输速率，以及空闲位、起始位、校验位、结束位，也就是遵循相同的协议。

通信速度：双方一致即可，单片机中常用波特率 1200、2400、4800、9600、19200、38400、115200…

常用波特率一般有以下特点：能够用单片机波特率生成器生成，误差率小；在能接受的误差范围内，波特率较大。

数据帧格式：一帧数据构成， 1位起始位 + 5~8位数据位 + 0~1位校验位 + 0.5/1/1.5/2位停止位

起始位：1位低电平，标志一帧数据开始

数据位：5~8位，传输的有效数据

校验位：0~1位，无校验/奇校验/偶校验（数据位和校验位中逻辑’1’个数）

停止位：0.5/1/1.5/2位高电平，标志一帧数据结束

通信双方对一帧数据的规定必须一致。

传输数据方向：先传送数据低位，一对一通信。

物理连接示意图：

三、STM32的UART接口

3.1 STM32的UART特点

● 全双工异步通信

● 发送器和接收器具有单独使能位

● 传输检测标志：（标志一般对应外设寄存器中的某个位，通过这个位的状态检测外设工作状态）

— 接收缓冲区已满

— 发送缓冲区为空

— 传输结束标志

● 奇偶校验控制：

— 发送奇偶校验位

— 检查接收的数据字节的奇偶性

● 十个具有标志位的中断源：

— CTS 变化

— LIN 停止符号检测

— 发送数据寄存器为空

— 发送完成

— 接收数据寄存器已满

— 接收到线路空闲

— 溢出错误

— 帧错误

— 噪声错误

— 奇偶校验错误

3.2 STM32的UART框图分析

3.3 UART初始化步骤

1、将使用到GPIO引脚复用为相应的UART的Tx和Rx（引脚初始化）

2、UART外设初始化（激活UART、数据帧设置、发送/接收器使能、UART使能），在stm32f4xx_rcc.c , stm32f4xx_gpio.c , stm32f4xx_usart.c 找到实现以上功能的函数

3.4 STM32中UART使用

通过对数据寄存器进行写操作，控制发送的内容。当接收数据后，通过对数据寄存器及逆行读操作，读出接收的内容。发送和接收控制使能是独立的，但是发送和接收的速度是一致的实现UART通信时，也会有GPIO配置【GPIO是芯片和外界数据交流的唯一通道】由于此时相应的GPIO引脚需要作为另一片上外设UART的发送/接收引脚（Tx/Rx），故将相应的引脚配置为复用模式，且将之具体复用为相应UART的Tx和Rx。