STM32 USART 概念详解

简介：
本教程深入解析STM32微控制器中USART模块的工作原理与应用技巧，涵盖配置步骤、通信协议及编程实例，适合嵌入式开发初学者。 ### STM32 USART概念详解 #### 1. USART概述 USART（通用同步异步收发器）是一种常用的串行通信协议，在STM32微控制器中扮演着重要角色，用于实现与外部设备的串行通信，如与其他微控制器、PC或其它支持串行接口的设备进行数据交换。 #### 2. USART框图及功能 USART模块主要包括以下组件： - 发送移位寄存器（TX）：负责将待发送的数据一位接一位地传输出去。 - 接收移位寄存器（RX）：接收外部输入的一系列串行比特流，并将其转换成字节形式存储。 - 发送数据寄存器（TDR）：用于存放准备通过USART接口发送的下一个字节信息。 - 接收数据寄存器（RDR）：用来保存从移位寄存器接收到的数据，供进一步处理或传输使用。 - 波特率发生器：根据设定生成通信所需的时钟频率。 #### 3. 发送数据流程 发送过程开始于将待发信息写入TDR。随后该字节被转移至TX移位寄存器准备进行串行化输出，通过USART的TX引脚逐比特地向外传输出去。在这一过程中，硬件会监控一个标志位（即空闲状态指示符 TXE），当此位为1时表明发送缓冲区为空，并允许向TDR写入新的数据字节。 #### 4. 接收数据流程 接收操作中，串行输入信号通过RX引脚进入USART模块。接收到的比特流逐个被移至内部寄存器直至构成一个完整字节后，该信息会被转移并存储到RDR内，并且会设置另一个标志位（即非空状态指示符 RXNE），提示有新数据可以读取。 #### 5. 流控制 为了防止接收端因处理速度慢而导致的数据丢失问题，USART提供了硬件流控功能。这包括两个信号：nRTS和nCTS。其中，nRTS用于通知发送方当前是否准备好接受新的字节；而nCTS则用来确认对方设备的准备状态。 #### 6. USART基本结构 - 波特率发生器：负责生成所需的通信时钟频率。 - 发送控制器与接收控制器：分别管理着TX和RX移位寄存器的操作流程，确保数据传输符合设定参数要求。 - 数据寄存器（DR）：在软件层面表现为单一的数据操作接口，但实际上由TDR和RDR两个独立的硬件单元构成。 #### 7. 中断处理 当接收到新字节时会触发RXNE标志位，并可进一步请求中断。一旦发生中断事件，CPU将执行相应的服务程序以快速读取并保存数据内容，这对于需要高效响应的应用场景来说非常关键。 #### 8. 数据操作机制 在软件层面的操作中，用户通过单一的数据寄存器DR来进行所有发送和接收的字节处理工作。当写入DR时，信息会被转移到TDR，并随后被发送出去；而从RDR读取数据则是相反的过程：先由硬件将RX移位寄存器中的内容转移至RDR后再经由同一接口提供给用户程序。 #### 9. USART配置与初始化 设置USART涉及多个参数的选择如波特率、字节长度、停止位数量以及奇偶校验等。完成这些设置之后，通过开启外设命令使能模块以启动实际的数据通信过程。 在使用STM32的USART功能时，理解其工作原理及寄存器配置方法对于有效利用这一强大的串行接口至关重要。