uart模块

2025-02-26

uart模块介绍。

一、UART协议核心要点

1. 基本特性

异步串行通信：无时钟信号，依赖双方预定义的波特率
全双工：TX（发送）和RX（接收）独立通道
数据帧结构：
1
| 起始位 | 数据位（5-9位） | 校验位（可选） | 停止位（1/1.5/2位） |
- 起始位：1位低电平
- 数据位：通常8位（LSB先发）
- 校验位：奇偶校验（可选）
- 停止位：高电平，标志帧结束

2. 关键参数

波特率：需双方一致（如115200 bps）
数据格式：数据位长度、停止位数量、校验类型

二、STM32F103 UART模块关键点

1. 模块类型

USART：支持同步/异步模式（UART是子集）
UART：仅异步模式（STM32F103的USART可配置为UART模式）

2. 核心寄存器

以下是需要配置的主要寄存器（以USART1为例）：

寄存器	功能描述	关键配置位
USART_CR1	控制寄存器1	`UE`（使能模块）、`M`（数据位长度）、`PCE`（校验使能）、`TE`/`RE`（发送/接收使能）
USART_CR2	控制寄存器2	`STOP`（停止位长度）
USART_CR3	控制寄存器3	`DMAT`/`DMAR`（DMA使能）
USART_BRR	波特率寄存器	写入波特率分频值
USART_SR	状态寄存器	`TXE`（发送寄存器空）、`RXNE`（接收寄存器非空）、错误标志（如`FE`, `ORE`）
USART_DR	数据寄存器	读写发送/接收的数据

三、配置步骤（以115200bps, 8N1为例）

1. 使能时钟

1 2	RCC_APB2ENR \|= (1 << 14); // 使能USART1时钟（APB2总线） RCC_APB2ENR \|= (1 << 2); // 使能GPIOA时钟（假设使用PA9-TX, PA10-RX）

2. 配置GPIO

// PA9为复用推挽输出（TX）
GPIOA_CRH &= ~(0xF << 4);   // 清除PA9配置
GPIOA_CRH |= (0xB << 4);    // 复用推挽输出，50MHz

// PA10为浮空输入（RX）
GPIOA_CRH &= ~(0xF << 8);
GPIOA_CRH |= (0x4 << 8);    // 浮空输入

3. 配置波特率（BRR寄存器）

公式(16倍过采样来过滤毛刺)：
$$
\text{BRR} = \frac{f_{\text{PCLK}}}{16 \times \text{BaudRate}}
$$
假设APB2时钟为72MHz：
$$
\text{BRR} = 72000000 / (16 * 115200) = 39.0625
$$
写入BRR：整数部分39（0x27），小数部分0.0625×16=1 → BRR = 0x271

4. 配置数据格式（CR1/CR2）

USART1_CR1 = 0;
USART1_CR1 |= (1 << 13);     // UE = 1（使能模块）
USART1_CR1 &= ~(1 << 12);    // M=0（8位数据）
USART1_CR1 &= ~(1 << 10);    // PCE=0（无校验）

USART1_CR2 &= ~(3 << 12);    // STOP=00（1位停止位）

5. 使能发送/接收

1 2	USART1_CR1 \|= (1 << 3); // TE = 1（使能发送） USART1_CR1 \|= (1 << 2); // RE = 1（使能接收）

四、数据收发操作

1. 发送数据

1 2	while (!(USART1_SR & (1 << 7))); // 等待TXE标志置1 USART1_DR = data; // 写入数据到DR寄存器

2. 接收数据

1
2
3

if (USART1_SR & (1 << 5)) {       // 检查RXNE标志
    data = USART1_DR;             // 读取数据
}

五、验证关注点

波特率误差：计算BRR时的分频值是否精确。
帧错误：检查USART_SR中的FE位。
溢出错误：检查ORE位（接收溢出）。
中断/DMA：若使用中断，需配置NVIC和USART_CR1中的RXNEIE/TXEIE。

六、常见问题

时钟未使能：配置寄存器前需通过RCC使能USART和GPIO时钟。
波特率不匹配：确认APB时钟频率和BRR计算。
GPIO模式错误：TX需配置为复用推挽输出，RX为浮空输入。

如果需要更深入的代码示例或特定场景验证方法，可以进一步讨论！

本文作者： ICXNM-ZLin
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2025/02/26/外设/uart模块/
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