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USART

1. 引脚与接口层

• 异步引脚：
  • TX：发送数据输出；RX：接收数据输入；SW_RX：单线半双工模式的接收引脚（替代 RX）。
• 同步引脚：SCLK：同步模式下的时钟输出（主模式）或输入（从模式）。
• IrDA 接口：IrDA_OUT/IrDA_IN，配合编解码模块实现红外通信（需外接 IrDA 收发器）。
• 硬件流控引脚：nRTS（请求发送，输出）、nCTS（清除发送，输入），协调收发双方速率。

2. 数据收发核心：寄存器 + 移位寄存器

• 发送路径：
  CPU/DMA → 写入 发送数据寄存器（TDR） → 送入 发送移位寄存器（并行→串行，逐位输出到 TX/IrDA/SW_RX）。
• 接收路径：
  RX/IrDA/SW_RX 接收串行数据 → 送入 接收移位寄存器（串行→并行）→ 存入 接收数据寄存器（RDR） → 供 CPU/DMA 读取。
• 关键逻辑：移位寄存器负责 “串并转换”，TDR/RDR 作为数据缓冲（避免 CPU 频繁干预）。

3. 控制与配置：CR1/CR2/CR3 寄存器

• CR1：基础配置，如：
  • UE：USART 使能；M：字长（8/9 位）；WAKE：唤醒模式（空闲线 / 地址标记）；
  • 中断使能（TXEIE 发送空、RXNEIE 接收非空、IDLEIE 总线空闲等）。
• CR2：帧格式与同步控制，如：
  • STOP[1:0]：停止位数量（0.5/1/1.5/2 位）；LINEN：LIN 总线模式；
  • 同步模式时钟配置（CPOL 极性、CPHA 相位、CLKEN 时钟使能）。
• CR3：高级功能，如：
  • DMA 使能（DMAT 发送 DMA、DMA 接收 DMA）；
  • 硬件流控（RTSE 使能 nRTS、CTSE 使能 nCTS）；
  • 红外模式（IREN）、半双工（HDSEL）等。

4. 波特率生成：USART_BRR 寄存器

• 核心公式：
  USARTDIV=16×波特率fPCLK​​=DIV_Mantissa+16DIV_Fraction​
  • fPCLK：USART 外设时钟（来自 RCC 配置）；
  • DIV_Mantissa：整数部分（15 位），DIV_Fraction：小数部分（4 位），共同决定波特率精度（如 9600、115200 等）。
• 时钟分配：生成的 USARTDIV 同时供给 发送器时钟 和 接收器时钟，保证收发同步。

5. 状态与中断：SR 寄存器 + 中断控制

• 状态标志（SR）：
  • TXE：发送数据寄存器空（可写入新数据）；
  • RXNE：接收数据寄存器非空（可读取数据）；
  • IDLE：总线空闲（异步模式下，用于检测一帧结束）；
  • 错误标志：OE（溢出）、PE（奇偶校验错）、FE（帧错）、NE（噪声错）。
• 中断控制：通过 CR1 使能对应中断（如 TXEIE 使能 TXE 中断），触发后进入 USART 中断控制模块，通知 CPU 处理。

串口发送

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"
void Serial_Init()
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructrue;USART_InitStructrue.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructrue.USART_Mode=USART_Mode_Tx;USART_InitStructrue.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_Init(USART1,&USART_InitStructrue);USART_Cmd(USART1,ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1,Byte);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length)
{uint16_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Array[i]);}
}
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for(i=0;String[i]!='\0';i++){Serial_SendByte(String[i]);}}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{uint32_t Result;while(Y--){Result*=X;}return Result;}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{uint8_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length-i-1)%10+'0');}
}
int fputc(int ch,FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);return ch;}void Serial_printf(char *format,...)
{char String[100];va_list arg;va_start(arg,format);vsprintf(String,format,arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}

串口发送+接收

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"uint8_t Serial_RxFlag;
uint8_t Serial_RxData;
void Serial_Init()
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructrue;USART_InitStructrue.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructrue.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;USART_InitStructrue.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_Init(USART1,&USART_InitStructrue);USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructrue;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructrue);USART_Cmd(USART1,ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1,Byte);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length)
{uint16_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Array[i]);}
}
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for(i=0;String[i]!='\0';i++){Serial_SendByte(String[i]);}}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{uint32_t Result;while(Y--){Result*=X;}return Result;}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{uint8_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length-i-1)%10+'0');}
}
int fputc(int ch,FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);return ch;}void Serial_printf(char *format,...)
{char String[100];va_list arg;va_start(arg,format);vsprintf(String,format,arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}
uint8_t Serial_GetRxFlag()
{if(Serial_RxFlag==1){Serial_RxFlag=0;return 1;}return 0;
}
uint8_t Serial_GetRxData()
{return Serial_RxData;
}
void USART1_IRQHandler()
{if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){Serial_RxData=USART_ReceiveData(USART1);Serial_RxFlag=1;USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);}}

串口发送HEX数据包

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"uint8_t Serial_RxFlag;
uint8_t Serial_RxData;
uint8_t Serial_TxPacket[4];
uint8_t Serial_RxPacket[4];void Serial_Init()
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructrue;USART_InitStructrue.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructrue.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;USART_InitStructrue.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_Init(USART1,&USART_InitStructrue);USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructrue;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructrue);USART_Cmd(USART1,ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1,Byte);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length)
{uint16_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Array[i]);}
}
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for(i=0;String[i]!='\0';i++){Serial_SendByte(String[i]);}}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{uint32_t Result;while(Y--){Result*=X;}return Result;}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{uint8_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length-i-1)%10+'0');}
}
int fputc(int ch,FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);return ch;}void Serial_printf(char *format,...)
{char String[100];va_list arg;va_start(arg,format);vsprintf(String,format,arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}
void Serial_SendPacket()
{Serial_SendByte(0xFF);Serial_SendArray(Serial_TxPacket,4);Serial_SendByte(0xFE);}
uint8_t Serial_GetRxFlag()
{if(Serial_RxFlag==1){Serial_RxFlag=0;return 1;}return 0;
}void USART1_IRQHandler()
{static uint8_t RxState=0;static uint8_t pRxPacket=0;if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){uint8_t RxData=USART_ReceiveData(USART1);if(RxState==0){if(RxData==0xFF){RxState=1;pRxPacket=0;}}else if(RxState==1){Serial_RxPacket[pRxPacket]=RxData;pRxPacket++;if(pRxPacket>=4){RxState=2;}}else if(RxState==2){if(RxData==0xFE){RxState=0;Serial_RxFlag=1;}}USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);}}

串口发送文本数据包

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"uint8_t Serial_RxFlag;
uint8_t Serial_RxData;
char Serial_RxPacket[100];void Serial_Init()
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructrue;USART_InitStructrue.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructrue.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;USART_InitStructrue.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_Init(USART1,&USART_InitStructrue);USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructrue;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;NVIC_InitStructrue.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructrue);USART_Cmd(USART1,ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1,Byte);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length)
{uint16_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Array[i]);}
}
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for(i=0;String[i]!='\0';i++){Serial_SendByte(String[i]);}}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{uint32_t Result;while(Y--){Result*=X;}return Result;}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{uint8_t i;for(i=0;i<Length;i++){Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length-i-1)%10+'0');}
}
int fputc(int ch,FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);return ch;}void Serial_printf(char *format,...)
{char String[100];va_list arg;va_start(arg,format);vsprintf(String,format,arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}void USART1_IRQHandler()
{static uint8_t RxState=0;static uint8_t pRxPacket=0;if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){uint8_t RxData=USART_ReceiveData(USART1);if(RxState==0){if(RxData=='@'&&Serial_RxFlag==0){RxState=1;pRxPacket=0;}}else if(RxState==1){if(RxData=='\r'){RxState=2;}else{Serial_RxPacket[pRxPacket]=RxData;pRxPacket++;}}else if(RxState==2){if(RxData=='\n'){RxState=0;Serial_RxFlag=1;Serial_RxPacket[pRxPacket]='\0';}}USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);}}