经典的串口接口硬件说实话在现在的电脑上已经很难见到了，而是被USB这种通用的串行接口替代了，哪怕外部设备要以串口连接到电脑，都需要进行各种硬件转换。但不得不说，在工业领域，串口还是一个非常常用的数据传输方式。

大部分图片来源：正点原子HAL库课程

目录

1    通信的基本知识

1.1    同步/异步通信

1.2    比特率和波特率

2    串口电平与连接

2.1    RS232电平

2.2    CMOS电平（STM32）

2.3    TTL电平（51）

2.4    连接方式

3    U(S)ART

3.1    简介

3.2    查看芯片U(S)ART数量

3.3    查看U(S)ART对应引脚

3.4    波特率计算公式

3.5    使用寄存器设置波特率的示例

3.6    HAL库异步通信配置

3.7    详细的解析

3.8    相关的HAL库文件（可以去这里找用到的函数和宏定义）

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1    通信的基本知识

1.1    同步/异步通信

• 同步通信：共用同一时钟信号；
  
   
• 异步通信：没有时钟信号，通过在数据信号中 加入起始位和停止位等同步信号。
  

1.2    比特率和波特率

比特率：每秒钟传送的比特数，单位bit/s

波特率：每秒钟传送的码元数，单位Baud

比特率 = 波特率 * log2 M，M表示每个码元承载的信息量（这里M可以直接理解为信息调制后的的进制数）

二进制系统中，波特率数值上等于比特率（我的理解是要是一次性可以发送的数据不是1位，那么波特率就不等于比特率了）。

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2    串口电平与连接

2.1    RS232电平

逻辑1：-15 ~ -3V

逻辑0：+3 ~ +15V

2.2    CMOS电平（STM32）

逻辑1：3.3V

逻辑0：0V

2.3    TTL电平（51）

逻辑1：5V

逻辑0：0V

2.4    连接方式

• 232串口两设备连接：
  
• STM32与电脑通信原理：
  

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3    U(S)ART

3.1    简介

• 都能全双工异步通信；
• USART多了同步通信功能，但平时用它也比较少用它的同步功能；

3.2    查看芯片U(S)ART数量

《ST MCU选型手册》

3.3    查看U(S)ART对应引脚

芯片数据手册，如《STM32F103ZET6（中文版）》- 引脚定义

3.4    波特率计算公式

其中是串口的时钟，如：USART1的时钟是PCLK2,其他串口都是PCLK1。

注意⚠️：
        这个式子其实不是为了计算波特率，而是为了计算USARTDIV的数值，其包括整数部分和小数部分，存储于USART_BRR寄存器中，是为了配置USART发送器时钟的。

3.5    使用寄存器设置波特率的示例

其中，+0.5是为了让其四舍五入，否则因为强制类型转换，小数部分直接会被忽略。

简化计算过程后，通用过程为：

3.6    HAL库异步通信配置

其中根据四步法的逻辑，可以分为：

1.    初始化

        (1)    串口参数设置：HAL_UART_Init()；

        (2)    时钟设置：重写HAL_UART_MspInit()，在其中开启GPIO及UART的时钟；

        (3)    IO设置：重写HAL_UART_MspInit()中设置GPIO的配置；

        (4)    中断设置：重写HAL_UART_MspInit()中使能中断，并设置中断优先级，使用HAL_UART_Receive_IT()函数开启中断，可以理解为开启串口阻塞（实际上并不阻塞）；

2.    定义读函数：无

3.    定义写函数：无

4.    编写中断服务函数：

        (1)    重写UARTx_IRQHandler()函数，调用UART的串口公用数据处理函数；

        (2)    重写接收完毕的回调函数HAL_UART_RxCpltCallback()，实现自定义的接收完成后动作，并在最后重新调用HAL_UART_Receive_IT()开启串口中断，因为接收完毕后串口中断就用完了（对，一次性的）。

3.7    详细的解析

其中根据四步法的逻辑：

1.    初始化

        (1)    串口参数设置： 

        (2)    时钟设置： 

        (3)    IO设置：其中串口的上下拉状态由芯片串口通信的电平时序图来决定，如下： 

        由于图中空闲时为高电平，因此就是要设置上拉。

        (4)    中断设置：注意注意⚠️！HAL_UART_Receive_IT()启用串口不可以写在HAL_UART_MspInit()函数内，因为其执行的条件是串口的状态是Ready，而只有HAL_UART_Init()执行完毕后，串口状态才会从Reset改为Ready。也就是说在HAL_UART_Init函数内部，在执行完HAL_UART_MspInit后，还有一些内容要执行，因此写在HAL_UART_MspInit函数内的HAL_UART_Receive_IT事实上是无法得到执行的。

2.    定义读函数：无

3.    定义写函数：无

4.    编写中断服务函数：

        (1)    中断服务函数中调用的HAL库公共数据处理函数可以将中断的标志位清空，因此在执行完毕后才需要重新调用HAL_UART_Receive_IT()开启阻塞。

        小思考：在GPIO中断中无需手动开启可能是因为在GPIO配置中就配置了

        (2)    在接收完毕回调函数、串口中断服务函数等场合，应首先通过串口外设的句柄对接收的信号进行来源判断，因为有可能多个串口都开启了，但其各自的反应需要定义成不同的逻辑。

• 注意事项⚠️

        在正点原子的相关教程中，在使用HAL_UART_Transmit函数发送串口数据后，会利用__HAL_UART_GET_FLAG函数读取SR寄存器的TX位配合while循环进行阻塞以保证信息的发送完毕，但事实上在HAL_UART_Transmit函数中已有类似的机制，因此是不需要进行手动阻塞的。

3.8    相关的HAL库文件（可以去这里找用到的函数和宏定义）

stm32f1xx_hal_uart.c