USART的概述

2.1.1 什么是USART？USART的作用？

              USART：通用同步異步收發器。

              USART的作用：能夠靈活地與外部設備進行全雙工數據交換

2.1.2 USART的特征

<1> 全雙工異步通信

<2> 可配置為 16 倍過采樣或 8 倍過采樣

<3> 小數波特率發生器系統

<4> 數據字長度可編程（ 8 位或 9 位）

<5> 停止位可配置 - 支持 1 或 2 個停止位

<6> 發送器和接收器具有單獨使能位

<7>傳輸檢測標志：

— 接收緩沖區已滿

— 發送緩沖區為空

— 傳輸結束標志

<8>十個具有標志位的中斷源：

— CTS 變化

— LIN 停止符號檢測

— 發送數據寄存器為空

— 發送完成

— 接收數據寄存器已滿

— 接收到線路空閑

— 溢出錯誤

— 幀錯誤

— 噪聲錯誤

— 奇偶校驗錯誤

• USART功能描述
  

任何USART雙向通信均需要至少兩個引腳：

接收數據輸入引腳 (RX)

發送數據引腳輸出 (TX)

              正常 USART 模式下

                            發送或接收前保持空閑線路

                            起始位

                            數據（字長 8 位或 9 位），最低有效位在前

                            用于指示幀傳輸已完成的 0.5 個、 1 個、 1.5 個、 2 個停止位

              TX引腳在起始位工作期間處于低電平狀態。在停止位工作期間處于高電平狀態。

2.2 USART的框架

2.2.1發送數據過程

放大后的各個部分：

GPIO部分：

映射部分：

USART部分：

2.2.2接收數據過程

放大后的各個部分：

GPIO部分：

映射部分：

USART部分：

2.2.3 發送與接收過程解讀

GPIO要配為復用功能

復用與通用的區別：這里的外設就是USART

發送過程：

• 內核把數據交給USART的發送數據寄存器（TDR）
• TDR通過并行總線，一次性寫入到發送移位寄存器中
• 發送移位寄存器移位一位一位的傳輸數據，直到數據發送完畢。
• 當發送移位寄存器沒有數據時，TDR才把數據一次寫入。
  

接收過程：

• 接收移位寄存器從外部獲取每一位數據
• 當移位數據寄存器擠滿8位或9位數據時，通過并行總線，一次發送到接收數據寄存器（RDR）
• 只能等移位寄存器湊夠8位或9位數據時，才會把數據發送到RDR，內核此時才能讀取到正確的數據。
  

注意：

              發送數據寄存器(TDR)與接收數據寄存器(RDR)是兩個寄存器，寫代碼時只有DR，DR代表發送數據寄存器還是接收數據寄存器，取決于所在函數是接收還是發送。

2.2.4 USART映射解讀

查看原理圖，可知USART1的發送TX與接收RX對應引腳分別為PA9\PA10。

這也是M3默認的映射引腳。

與PA9與PA10可知我們選擇的復用寄存器是GPIOx_AFRH

由圖可知，

• 配置PA9和PA10為復用功能
• 找引腳對應的復用功能寄存器，PA9\PA10對應AFRH寄存器
• 在AFRH中找引腳對應控制位，PA9?AFRH9[3:0]、PA10?AFRH10[3:0]
• 通過映射圖可知，USART1對應的值為AF7
• 把AF7寫入PA9\PA10對應控制位的位置
  

2.3 USART波特率的配置

2.3.1 配置波特率公式

              fCK看USART掛載的外設總線，可知84MHz

OVER8根據控制寄存器1的位15可知，默認采用16倍過采樣，OVER8=0

USARTDIV根據下面公式，算得：

2.3.2 實際配置波特率過程

《1》確定需要配置的波特率、采用默認過采用模式

《2》根據公式1，可求出USARTDIV

《3》USARTDIV是寫入到波特率寄存器 (USART_BRR)的浮點數，由于寄存器不能直接寫入浮點數，所以需要把整數和小數分開寫入到USART_BRR中。

《4》查看寄存器USART_BRR可知，12位控制整數，4位控制小數。

《5》USARTDIV的一個浮點數，進行強制轉換為整型，即可獲得它的整數部分DIV_Mantissa,最后通過USATRDIV公式，可算出小數部分DIV_Fraction。

《6》在寫入整數部分時，整數位要左移4位，因為從位4開始寫入整數部分，小數部分直接寫入。

2.4 軟件設計

2.4.1 USART配置流程

              《1》開GPIOA\USART1時鐘

              《2》配置GPIOA為復用推挽輸出

              《3》映射PA9與PA10到USART_TX\USART_RX

              《4》配置波特率

              《5》配置USART模塊

2.4.2 USART模塊配置

• 使能發送器、接受器
• 使能USATR
• 其他位使用默認值。如：16倍過采樣、8位字長、1位停止位等
  

2.4.3 USAR1初始化函數

2.5 補充

2.5.1 問答

<1>串口是什么？有什么用？

串口是一種串行全雙通信接口，同步或異步收發數據，但一般我們只使用異步功能。

常用于與外部設備通信、交互信息。外部若有串口通信接口，就可以與單片機進行通信，如ESP8266模塊、RS485模塊等。

<2>同步與異步的理解？

同步與異步基于兩個設備討論：

同步：它們有共同的時鐘線，由時鐘線控制收發

異步：它們沒有公共的時鐘線，需要雙方配置一樣的波特率，保證收發的準確。

<3>串行與并行？

串行：

只有一根線或兩個根數據線，一次只能收發一位數據。兩根線的設計是為了兩個設備能同時收發一位數據。

并行：

有多根數據線，一般是8的倍數，假設是8根數據線，一次可傳送一個字節（8位）的數據。

<4>單工、半雙工、全雙工？

單共：

一方只能接收，另一方只能發送，從始至終發送方向不變，單方向固定。例如：廣播與收音機。廣播只能發出信號，收音機只能接收信號，兩者互換不能正常工作。

半雙工：

某一時間段，一方發送。另一方接收；另一個時間段，一方接收，另一方發送。雙方都可以發送和接收，但不能同時發送或接收。例如：對講機。

全雙工：

雙方可以都可以同時收發。例如：電話

<5>波特率是什么？為什么要配置波特率？

              一秒鐘能傳輸的二級進制位數。假設9600代表1秒鐘可以一次傳輸9600位。即9.6Kbit。

              異步通信雙方需要有個約定，發送方以多少速度（波特率）發送數據過去（例如9600），接收方就必須以對應的速度（速度）接收，從而保證讀取到正確的數據。

<6>如何保證數據準確發送過去呢？

              USART串口通信自帶有通信協議，一幀數據位10位或11位，常常使用10位作為一幀數據。

              一幀數據的構成：

• 1個啟動位（低電平）
• 數據幀（8位或9位，如果開啟奇偶校驗，最高位是奇偶檢驗位，位7或位8，但是一般不開啟）
• 停止位（高電平，0.5位、1位、1.5位、2位，一般選1位停止位）
• 綜上，一般串口一幀數據為10位（1個啟動位、8個數據位、1個停止位）
  

<7>知識領悟

模塊學習心得：

• 掌握基本概念
• 理解并記住模塊的特性
• 模塊框圖的工作流程，信號走向，邏輯（重點）
• 看懂模塊的時序圖，理解其他相關知識
• 會配置寄存器（即使上面的不是很理解，但是盡量理解）