STM32系统学习——USART（串口通信）

只看该作者 · 2022-1-25 23:36

串口通信是一种设备间非常常用的串行通行方式，其简单便捷，大部分电子设备都支持。
一、物理层
常用RS-232标准，主要规定了信号的用途、通信接口以及信号的电平标准。

“DB9接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线使用”RS-232标准“传输数据信号，这些信号通过记过电平转换芯片转换成控制器能识别的TLL标准的电平信号，才能实现通信。

只看该作者 · 2022-1-25 23:50

1.电平标准
可分为TTL标准以及RS-232标准。
常见的电子电路中常见TTL的电平标准，理想状态使用5V表示二进制逻辑1，0V表示逻辑0；而为了增加串口通信的远距离传输以及抗干扰能力，RS-232使用-15V表示逻辑1，+15V表示逻辑0。

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因为控制器一般使用TTL电平标准，所以常常使用MA3232芯片将TTL以及RS-232电平的信号进行互相转换。

只看该作者 · 2022-1-25 23:54

2.RS-232信号线
最初RS-232串口标准常用于计算机、路由与调制调节器（“猫”）之间通信，设备被分为数据终端设备DTE（计算机、路由）和数据通信设备DCE（调制调节器）。旧台式计算机，一般都有RS-232标准的COM口，也称DB9接口。

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DB9信号线说明

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公头标准接法，只要使用直通型串口线连接起来即可。

只看该作者 · 2022-1-25 23:57

二、协议层
协议层中，规定了数据包的内容，它由起始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通信双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。

只看该作者 · 2022-1-25 23:57

1、波特率
异步通信中由于没有时钟信号，所以2个通信设备需约定好波特率，常见的有4800、9600、115200等。

只看该作者 · 2022-1-25 23:58

2、通信的起始和停止信号
串口通信的一个数据包从起始信号开始，知道停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，而数据包的停止信号可由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。

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3、有效数据
在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效
数据的长度常被约定为 5、6、7或 8位长

只看该作者 · 2022-1-28 17:24

4、数据校验
在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、1校验(mark)以及无校验(noparity)。
奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个 8 位长的有效数据为：01101001，此时总共有 4 个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位。
偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数，比如数据帧：11001010，此时数据帧“1”的个数为 4 个，所以偶校验位为“0”。
0 校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1 校验是校验位总为“1”。

只看该作者 · 2022-1-28 17:26

三、STM32的USART简介
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，它在USART基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。
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。

只看该作者 · 2022-1-28 17:29

USART 满足外部设备对工业标准 NRZ 异步串行数据格式的要求，并且使用了小数波特率发生器，可以提供多种波特率，使得它的应用更加广泛。USART 支持同步单向通信和半双工单线通信；还支持局域互连网络 LIN、智能卡(SmartCard)协议与 lrDA(红外线数据协会) SIR ENDEC规范。
USART支持使用 DMA，可实现高速数据通信。

只看该作者 · 2022-1-28 17:31

四、USART功能框图剖析

只看该作者 · 2022-1-28 17:32

下文结合图片看加深理解。
1、功能引脚
TX:发送数据输出引脚。
RX:接收。
SW_RX:数据接收引脚，属于内部引脚。
nRTS:请求以发送，n表示低电平有效。如果使能 RTS 流控制，当USART接收器准备好接收新数据时就会将nRTS变成低电平；当接收寄存器已满时，nRTS将被设置为高电平。该引脚只适用于硬件流控制。

只看该作者 · 2022-1-28 23:21

nCTS:清除以发送(Clear To Send)，n表示低电平有效。如果使能 CTS流控制，发送器在发送下一帧数据之前会检测 nCTS 引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。

只看该作者 · 2022-1-28 23:22

SCLK:发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。

只看该作者 · 2022-1-28 23:24

USART：下图是STM32F103VET6芯片的USART引脚

只看该作者 · 2022-1-28 23:26

USART1的时钟来源于APB2总线时钟，最大频率为72MHZ，其他4个时钟来源于APB1总线时钟，最大频率36MHZ。UART只有异步传输功能，没有SCLK、nCTS和nRTS功能引脚。