目录

通用同步异步收发器（USART）

理论部分

USART概览

STM32和PC通信模型

STM32和PC通过RS-232标准通信

RS-232标准介绍

RS-232协议电平标准对比

RS-232标准的物理接口规定及接口标号

RS-232标准下接口标号的作用

RS-232标准数据传输协议层

协议概念

数据校验

外设框图

实验部分

CubeMX配置过程

CubeMX生成串口如何使用

手动编写（BSP板级支持包）

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通用同步异步收发器（USART）

相关内容参考：

CubeMX生成串口如何使用：cubemx快速使用串口_cubemx 串口_弦续北上i的博客-CSDN博客

串口重映射：STM32——USART1重映射_usart重映射_Jack_Cheng_2021的博客-CSDN博客

理论部分

USART概览

• 通用异步收发传输器，英文全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，简称UART。
  • STM32上的USART外设可以实现同步传输功能，所以外设名为USART，比UART多了一个S，即synchronous（同步）。

• UART器件主要用来产生相关接口的协议信号，如RS232\RS485等串行接口标准规范和总线标准规范，要使用传输数据这些接口，就要按照接口规定的协议信号发送数据。所以UART器件广泛应用于串口通信中，扮演者传输器的角色。

STM32和PC通信模型

STM32和PC通过RS-232标准通信

RS-232标准介绍

• RS-232是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。

• RS-232 标准规定了连接电缆和机械、电气特性、信号功能及发送过程。

RS-232协议电平标准对比

一般开发板上使用的电平标准与通讯使用的电平标准不同，如TTL 标准及 RS-232 标准。

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

RS-232标准的物理接口规定及接口标号

现在一般不使用RS232串口而使用USB转串口

RS-232标准下接口标号的作用

一般只使用RXD、TXD和GND即可完成串口通信。

RS-232标准数据传输协议层

串口通讯的数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口。在串口通讯的协议层中，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，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据，其组成见图。

协议概念

• 波特率

        本章中主要讲解的是串口异步通讯，异步通讯中由于没有时钟信号(如前面讲解的 DB9接口中是没有时钟信号的)，所以两个通讯设备之间需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码， 图中用虚线分开的每一格就是代表一个码元。常见的波特率为4800、 9600、 115200 等。

• 通讯的起始和停止信号

        串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。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。

• 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。

• 数据校验

        在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更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)。

数据校验

外设框图

F1\F4\F7-USART外设

其中TX和RX使用GPIO引脚作为输入输出，涉及到GPIO引脚的复用功能

H7-USART外设

实验部分

CubeMX配置过程

在CDE数据手册（STM32产品手册）中，可以查找所有GPIO引脚的功能

以配置串口1为例

（1）选择异步传输模式Asynchronous

（2）配置串口的工作模式参数

（3）对于USART1，可以有多组引脚选择（参照GPIO功能表），默认为PA9和PA10，如果选择PB6，会自动变为PB6和PB7。注意：在实际使用中，每个串口只能使用一组GPIO

（4）勾选NVIC中断，关于DMA下一讲介绍，这里暂时不用

（5）工程代码：

如图所示：

HAL_UART_Init调用了HAL_UART_MspInit函数

补充：

以HAL_UART_MspInit为例，HAL_UART_MspInit为弱定义函数，可以用户自己实现功能

补充：

MSP是指和MCU相关的初始化，举个例子就可以理解：

比如串口的初始化

1、我们要初始化和MCU无关的东西：例如串口协议，其中包括波特率，奇偶校验，停止位等等，这些设置和使用什么样的MCU没有任何关系，可以使用F1的MCU，也可以是F2...F4，甚至是PC上的串口。所以就把串口抽像成为一个“串口”。

2、有了抽像的串口，这个“串口”就要在MCU上进行承载，用STM32F4进行承载，PA9做为发送，PA10做为接收.MSP就是要初始化PA9,PA10。配置这两个引解

所以HAL驱动方式的初始化流程就是：HAL_USART_Init() ------>HAL_USART_MSP_Init()  先初始化协议，再初始化MCU的引角。在STM32的HAL驱动中MSP_Init()是做为回调，包含在PPP_Init()中的。

CubeMX生成串口如何使用

以USART1回显为例

（1）添加使能串口中断

（2）由于我们用CubeMX生成的串口引脚是PB6、PB7，而实际使用的是PA9和PA10，所以将重映射部分注释掉，否则会影响串口使用

（3）添加自定义发送字符串函数和重定义C库函数

（4）在终端函数中的回调函数后加上自定义功能

（5）在main函数中打印一句话

（6）上位机测试

以上是CubeMX串口生成已经使用过程。

手动编写（BSP板级支持包）

步骤如下：

一、 定义一个UART_HandleTypeDef结构体句柄

二、 通过HAL_UART_MspInit函数来实现串口外设的底层初始化：

要做什么功能：

1、 使能UART外设时钟

2、 配置UART使用的引脚模式

3、 如果要用中断，就配置中断

4、 如果要用DMA，就配置DMA

三、 通过前面定义的结构体，来配置串口的波特率、数据字长、停止位、奇偶校验位、硬件流控制。

四、 通过调用HAL_UART_Init函数，来将串口配置为异步模式。

同样以USART1回显为例

头文件
#ifndef __DEBUG_USART_H
#define    __DEBUG_USART_H

#include "stm32f1xx.h"
#include <stdio.h>

//串口波特率
#define DEBUG_USART_BAUDRATE                    115200

//引脚定义
/*******************************************************/
#define DEBUG_USART                             USART1
#define DEBUG_USART_CLK_ENABLE()                __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT                GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_CLK_ENABLE()        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define DEBUG_USART_RX_PIN                      GPIO_PIN_10

#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT                GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_CLK_ENABLE()       __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define DEBUG_USART_TX_PIN                      GPIO_PIN_9

#define DEBUG_USART_IRQHandler                  USART1_IRQHandler
#define DEBUG_USART_IRQ                             USART1_IRQn
/************************************************************/

void Usart_SendString(uint8_t *str);
void DEBUG_USART_Config(void);
int fputc(int ch, FILE *f);
int fgetc(FILE *f);
extern UART_HandleTypeDef UartHandle;
#endif /* __USART1_H */


源文件
#include "./usart/bsp_debug_usart.h"

UART_HandleTypeDef UartHandle;
//extern uint8_t ucTemp;  

 /**
  * @brief  DEBUG_USART GPIO 配置,工作模式配置。115200 8-N-1
  * @param  无
  * @retval 无
  */  
void DEBUG_USART_Config(void)
{ 
  
  UartHandle.Instance          = DEBUG_USART;
  
  UartHandle.Init.BaudRate     = DEBUG_USART_BAUDRATE;
  UartHandle.Init.WordLength   = UART_WORDLENGTH_8B;
  UartHandle.Init.StopBits     = UART_STOPBITS_1;
  UartHandle.Init.Parity       = UART_PARITY_NONE;
  UartHandle.Init.HwFlowCtl    = UART_HWCONTROL_NONE;
  UartHandle.Init.Mode         = UART_MODE_TX_RX;
  
  HAL_UART_Init(&UartHandle);
   
 /*使能串口接收断 */
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&UartHandle,UART_IT_RXNE);  
}


/**
  * @brief UART MSP 初始化 
  * @param huart: UART handle
  * @retval 无
  */
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{  
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
  
  DEBUG_USART_CLK_ENABLE();
    
    DEBUG_USART_RX_GPIO_CLK_ENABLE();
  DEBUG_USART_TX_GPIO_CLK_ENABLE();
  
/**USART1 GPIO Configuration    
  PA9     ------> USART1_TX
  PA10    ------> USART1_RX 
  */
  /* 配置Tx引脚为复用功能  */
  GPIO_InitStruct.Pin = DEBUG_USART_TX_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed =  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
  
  /* 配置Rx引脚为复用功能 */
  GPIO_InitStruct.Pin = DEBUG_USART_RX_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_AF_INPUT;    //模式要设置为复用输入模式！    
  HAL_GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); 
 
  HAL_NVIC_SetPriority(DEBUG_USART_IRQ ,0,1);    //抢占优先级0，子优先级1
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DEBUG_USART_IRQ );            //使能USART1中断通道  
}


/*****************  发送字符串 **********************/
void Usart_SendString(uint8_t *str)
{
    unsigned int k=0;
  do 
  {
      HAL_UART_Transmit(&UartHandle,(uint8_t *)(str + k) ,1,1000);
      k++;
  } while(*(str + k)!='\0');
  
}
//重定向c库函数printf到串口DEBUG_USART，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 发送一个字节数据到串口DEBUG_USART */
    HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);    
    
    return (ch);
}

//重定向c库函数scanf到串口DEBUG_USART，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{        
    int ch;
    HAL_UART_Receive(&UartHandle, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);    
    return (ch);
}

/*********************************************END OF FILE**********************/


中断：
void  DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
  uint8_t ch=0; 
  
    if(__HAL_UART_GET_FLAG( &UartHandle, UART_FLAG_RXNE ) != RESET)
    {        
    ch=( uint16_t)READ_REG(UartHandle.Instance->DR);
    WRITE_REG(UartHandle.Instance->DR,ch); 
 
    }
}