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标题: STM32的USART技术介绍 [打印本页]

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作者: 耶耶耶耶耶    时间: 2024-10-15 21:21
标题: STM32的USART技术介绍


USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/异步收发传输器）是STM32微控制器中常用的串行通信接口之一。它支持同步和异步通信模式，广泛应用于各种数据传输场景，如串口通信、GPS模块连接、蓝牙通信等。本文将详细介绍STM32的USART技术，包括其基本概念、工作原理、配置方法及实际应用。
一、USART简介

1.1 什么是USART

USART是一种可以大概实现串行数据通信的外设，支持同步和异步两种通信模式：

• 异步模式：无需共享时钟信号，通过预设的波特率实现数据同步。常用于PC与微控制器之间的通信。
  
• 同步模式：需要共享时钟信号，数据同步传输速度更高，实用于高速数据传输场景。
  

1.2 USART与UART的区别

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）仅支持异步通信模式，而USART除了支持异步模式外，还支持同步模式。因此，USART功能更为强大和机动。
二、STM32的USART外设

STM32系列微控制器中集成了多个USART外设，具体型号和数量根据差异的STM32系列有所差异。常见的STM32系列如F0、F1、F4、H7等，都配备了多个USART/USARTx外设，用户可以根据应用需求选择合适的USART端口。
2.1 主要功能

• 全双工通信：支持同时发送和吸收数据。
  
• 多种数据格式：支持差异的数据位、停止位、奇偶校验配置。
  
• 硬件流控制：支持RTS/CTS硬件流控制，确保数据传输的可靠性。
  
• 多种工作模式：包括异步、同步、LIN、IrDA、SmartCard等模式。
  
• 中断与DMA支持：支持中断驱动和DMA传输，提升数据处理服从。
  

三、USART的工作原理

3.1 异步通信模式

在异步模式下，数据以帧的形式进行传输，每一帧通常包罗：

• 起始位（Start Bit）：标志数据帧的开始，通常为1位低电平。
  
• 数据位（Data Bits）：通常为8位，但可以配置为7位、9位等。
  
• 奇偶校验位（Parity Bit）（可选）：用于检测数据传输错误。
  
• 停止位（Stop Bit）：标志数据帧的结束，通常为1位或2位高电平。
  

数据通过TX（发送）引脚发送，通过RX（吸收）引脚吸收。
3.2 同步通信模式

在同步模式下，除了TX和RX引脚外，还需要一个时钟引脚（CK）。发送和吸收双方共享时钟信号，确保数据的同步传输。
四、配置与利用

4.1 硬件连接

• TX/RX连接：将STM32的USART TX引脚连接到目的设备的RX引脚，STM32的RX引脚连接到目的设备的TX引脚。
  
• 电平匹配：确保STM32和目的设备的通信电平匹配，必要时利用电平转换器。
  
• 流控制（可选）：如果需要硬件流控制，连接CTS和RTS引脚。
  

4.2 软件配置

可以通过STM32的固件库（如STM32CubeMX、HAL库、LL库）进行USART配置。以下以STM32CubeMX为例扼要介绍配置步调：

• 打开STM32CubeMX，创建新工程并选择目的STM32型号。
  
• 启用USART外设：在“Peripherals”中选择“USARTx”并启用。
  
• 配置引脚：自动或手动分配TX、RX等引脚，确保与硬件连接一致。
  
• 设置参数：
  
  
  
  • 波特率（Baud Rate）：如9600、115200等。
    
  • 数据位（Data Bits）：通常为8位。
    
  • 停止位（Stop Bits）：通常为1位。
    
  • 奇偶校验（Parity）：无校验、偶校验或奇校验。
    
  • 硬件流控制（Flow Control）：None、RTS/CTS等。
    
  
  
• 中断/DMA配置（可选）：根据需求启用中断或DMA支持。
  
• 生成代码：点击“Generate Code”生成初始化代码。
  

4.3 利用HAL库进行USART通信

以下是一个利用HAL库进行USART初始化和基本发送/吸收的示例代码：

1. /* USART初始化 */
2. UART_HandleTypeDef huart1;
4. void MX_USART1_UART_Init(void)
5. {
6.     huart1.Instance = USART1;
7.     huart1.Init.BaudRate = 115200;
8.     huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
9.     huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
10.     huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
11.     huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
12.     huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
13.     huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
14.     if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
15.     {
16.         // 初始化错误处理
17.         Error_Handler();
18.     }
19. }
21. /* 发送数据 */
22. uint8_t txData[] = "Hello, USART!";
23. HAL_UART_Transmit(&huart1, txData, sizeof(txData)-1, HAL_MAX_DELAY);
25. /* 接收数据 */
26. uint8_t rxData[100];
27. HAL_UART_Receive(&huart1, rxData, sizeof(rxData), HAL_MAX_DELAY);

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4.4 利用中断进行USART通信

• 启用中断：在STM32CubeMX中启用USART中断，并在NVIC中配置优先级。
  
• 实现中断回调：
  

1. void USART1_IRQHandler(void)
2. {
3.     HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
4. }
6. void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
7. {
8.     if (huart->Instance == USART1)
9.     {
10.         // 处理接收到的数据
11.     }
12. }

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• 启动吸收中断：
  

1. HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxData, sizeof(rxData));

复制代码

五、编程示例

以下是一个简单的USART回显（Echo）示例，吸收到的数据会被原样发送回发送端。

1. #include "main.h"
3. UART_HandleTypeDef huart1;
4. uint8_t rxBuffer[1];
5. uint8_t txBuffer[1];
7. int main(void)
8. {
9.     HAL_Init();
10.     SystemClock_Config();
11.     MX_USART1_UART_Init();
13.     // 启动接收中断
14.     HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1);
16.     while (1)
17.     {
18.         // 主循环中可以执行其他任务
19.     }
20. }
22. void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
23. {
24.     if (huart->Instance == USART1)
25.     {
26.         txBuffer[0] = rxBuffer[0]; // 将接收到的数据存入发送缓冲区
27.         HAL_UART_Transmit(&huart1, txBuffer, 1, HAL_MAX_DELAY); // 发送数据
28.         HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1); // 继续接收
29.     }
30. }

复制代码

六、常见应用

• 串口调试：通过USART与PC通信，实现数据调试和日志输出。
  
• GPS模块连接：吸收GPS模块发送的位置信息。
  
• 蓝牙通信：与蓝牙模块进行数据交换，实现无线通信。
  
• 与其他微控制器通信：在多片STM32系统中实现数据共享与控制。
  

七、相干注意事项

• 波特率匹配：确保STM32和通信设备的波特率一致，否则会导致通信失败。
  
• 电平兼容：差异设备的通信电平可能差异，如STM32通常利用3.3V逻辑电平，需根据设备需求调整。
  
• 抗干扰设计：长间隔通信时，思量利用屏蔽线缆或差分信号（如RS-485）以提高抗干扰本事。
  
• 缓冲区管理：公道设置吸收和发送缓冲区，避免数据溢出或丢失。
  
• 中断优先级：公道配置USART中断优先级，确保实时性和系统稳定性。
  

八、结论

STM32的USART外设功能强大，配置机动，实用于多种串行通信应用。通过公道配置和编程，开发者可以实现稳定、高效的数据传输。把握USART的基本原理和利用方法，是开发STM32应用的关键技能之一。

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