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在 STM32 微控制器中，UART（通用异步收发传输器）通信通过多个寄存器实现配置和数据传输。下面详细解析 UART 的核心寄存器及其功能。
1. 状态寄存器（USART_SR）
状态寄存器反映 UART 当前的工作状态，用于判断数据传输是否完成、是否接收到数据等。
主要位功能
| 位 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 7 | TXE | 发送缓冲区为空（1 = 空，可写入新数据）。写入 DR 寄存器后自动清零。 |
| 6 | TC | 发送完成（1 = 传输结束）。需软件清零（写 1 清除）。 |
| 5 | RXNE | 接收缓冲区非空（1 = 接收到数据）。读取 DR 寄存器后自动清零。 |
| 3 | IDLE | 检测到总线空闲（1 = 空闲）。需先读 SR，再读 DR 清零。 |
| 2 | ORE | 溢出错误（1 = 数据丢失）。需读 SR，再读 DR 清零。 |
| 0 | PE | 奇偶校验错误（1 = 校验失败）。需软件清零。 |
应用场景
- 发送数据：检查
TXE或TC标志，确保缓冲区为空或传输完成。 - 接收数据：检查
RXNE标志，确认有新数据可读。 - 错误处理：检查
ORE、PE等标志，处理通信异常。
2. 数据寄存器（USART_DR）
数据寄存器用于存储发送和接收的数据，实际由两个独立的寄存器组成：
- 发送缓冲区寄存器（TDR）：写入
DR时，数据被存入 TDR，随后传输到移位寄存器。 - 接收缓冲区寄存器（RDR）：接收到的数据先存入移位寄存器，再转移到 RDR，读取
DR时获取 RDR 内容。
注意事项
- 数据位宽由
CR1的M位决定（8 位或 9 位）。 - 写入
DR会清除TXE标志，读取DR会清除RXNE标志。
3. 波特率寄存器（USART_BRR）
波特率寄存器用于配置 UART 的通信速率，计算公式如下：
波特率 = fPCLK / (16 * USARTDIV)
其中：
fPCLK：UART 时钟频率（APB 总线时钟）。USARTDIV：分频系数，由BRR寄存器的整数部分（[15:4]）和小数部分（[3:0]）组成。
示例
假设fPCLK = 84MHz，波特率为 115200：
USARTDIV = 84000000 / (16 * 115200) ≈ 45.5729
整数部分 = 45 (0x2D)
小数部分 = 0.5729 * 16 ≈ 9 (0x9)
BRR = 0x2D9
4. 控制寄存器 1（USART_CR1）
控制寄存器 1 用于配置 UART 的基本功能，如使能、字长、奇偶校验等。
主要位功能
| 位 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 13 | UE | UART 使能（1 = 使能）。 |
| 12 | M | 字长（0=8 位 + 校验，1=9 位 + 校验）。 |
| 10 | PCE | 奇偶校验使能（1 = 使能）。 |
| 9 | PS | 奇偶校验类型（0 = 偶校验，1 = 奇校验）。 |
| 7 | TXEIE | 发送缓冲区空中断使能（1 = 使能）。 |
| 6 | TCIE | 发送完成中断使能（1 = 使能）。 |
| 5 | RXNEIE | 接收缓冲区非空中断使能（1 = 使能）。 |
| 4 | IDLEIE | 空闲线路检测中断使能（1 = 使能）。 |
| 3 | TE | 发送使能（1 = 使能）。 |
| 2 | RE | 接收使能（1 = 使能）。 |
| 0 | OVER8 | 过采样模式（0=16 倍，1=8 倍）。 |
5. 控制寄存器 2（USART_CR2）
控制寄存器 2 主要用于配置停止位、LIN 模式等。
主要位功能
| 位 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 13:12 | STOP | 停止位设置： 00=1 位，01=0.5 位，10=2 位，11=1.5 位。 |
| 6 | LINEN | LIN 模式使能（1 = 使能）。 |
| 0 | CLKEN | SCLK 引脚使能（用于同步模式）。 |
6. 控制寄存器 3（USART_CR3）
控制寄存器 3 用于配置高级功能，如硬件流控制、DMA 等。
主要位功能
| 位 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 14 | ONEBIT | 采样方法（0=3 采样位，1=1 采样位）。 |
| 11 | CTSE | CTS 硬件流控制使能（1 = 使能）。 |
| 10 | RTSE | RTS 硬件流控制使能（1 = 使能）。 |
| 7 | DMAT | 发送 DMA 使能（1 = 使能）。 |
| 6 | DMAR | 接收 DMA 使能（1 = 使能）。 |
7. 中断和状态寄存器（USART_ISR）
在 STM32F4 及更高系列中，ISR替代了SR寄存器，功能类似但增加了更多状态位，如忙标志（BUSY）。
寄存器操作示例
1. 初始化 UART（115200 波特率，8N1）
// 假设fPCLK=84MHz
USART1->BRR = 0x2D9; // 设置波特率为115200
USART1->CR1 = USART_CR1_TE | // 使能发送USART_CR1_RE | // 使能接收USART_CR1_UE; // 使能UART
USART1->CR2 = 0; // 1个停止位
USART1->CR3 = 0; // 禁用硬件流控制
2. 发送单个字符
while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE)); // 等待发送缓冲区为空
USART1->DR = 'A'; // 发送字符'A'
3. 接收单个字符
while (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE)); // 等待接收缓冲区非空
char c = USART1->DR; // 读取接收到的字符
4. 启用接收中断
USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; // 使能接收缓冲区非空中断
NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); // 使能USART1中断
总结
UART 寄存器的核心操作包括：
- 初始化：配置波特率（
BRR）、字长（CR1.M）、停止位（CR2.STOP）、校验位（CR1.PCE）。 - 发送控制：通过
SR.TXE或SR.TC判断发送状态，写入DR发送数据。 - 接收控制：通过
SR.RXNE判断接收状态，读取DR获取数据。 - 中断配置：通过
CR1使能各类中断（如RXNEIE、TXEIE），并配置 NVIC。