什么是STM32串口通信协议？它的基本原理有哪些？

STM32是一款由STMicroelectronics生产的微控制器系列，具有高性能、低功耗和丰富的外设资源。其中，串口通信是一种常用的通信方式，可以实现与其他设备之间的数据传输。在本文中，我将详细介绍STM32的串口通信原理和使用方法，并附上相关的代码示例。

串口通信是一种利用串行通信协议进行数据传输的方式。它通过单一的数据线来传输数据，相比并行通信，串口通信具有线路简单、传输距离远的优势。STM32的串口通信主要通过USART(通用同步/异步收发器)外设来实现，每个STM32微控制器都配备了至少一个USART外设。

以下是使用STM32的串口通信的步骤：

第一步：初始化串口外设

首先，需要选择一个可用的USART外设，并将其与GPIO引脚进行映射。在STM32的寄存器中，我们可以设置波特率、数据位数、停止位数、校验位等参数。此外，还要使能外设时钟，并启用对应的中断。

串口在嵌入式系统当中是一类重要的数据通信接口，其本质功能是作为 CPU 和串行设备间的编码转换器。当数据从 CPU 经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位;在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求(打开串口)，通信完成后必须释放资源(关闭串口)。典型地，串口用于 ASCII 码字符的传输。通信使用3根线完成：地线，发送数据线，接收数据线。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：波特率是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的 bit 的个数;数据位是衡量通信中实际数据位的参数，当计算机发送一个信息包，标准的值是 5，7 和 8 位。如何设置取决于你的需求;停止位用于表示单个包的最后一位，典型的值为 1，1.5和 2 位，停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会;奇偶校验位是串口通信中一种简单的检错方式，有四种检错方式——偶、奇、高和低，也可以没有校验位。

对于通讯协议，我们也以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。

物理层：物理层上我们这里拿出标准的RS232串口和USB转串口进行分析、讲解。在物理层上我们用到最多的还是USB转串口。

RS232:

在原理图上我们可以看到右侧RS232串口上两个通讯设备的“DB9 接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用“RS-232 标准”传输数据信号。由于 RS-232 电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个“电平转换芯片(MAX3232CSE)”转换成控制器能识别的“TTL 校准”的电平信号才能实现通讯。

我们知道常见的电子电路中常使用 TTL 的电平标准，理想状态下，使用 5V 表示二进制逻辑 1，使用 0V 表示逻辑 0;而为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，它使用-15V 表示逻辑 1，+15V 表示逻辑 0。由于控制器一般使用 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。即：

USB转串口：

这个通讯方式是在单片机中最经常运用到的通讯方式。USB转串口主要用于设备跟电脑通信。

这里原理图上用到的电平转换芯片主要是CH340G。一般我们主要运用的电平转换芯片有：CH340、PL2303、CP2102、FT232。

协议层：我们在使用串口的时候主要还是用到“通用异步通讯”——可以参考通讯基本概念基础。这篇讲解了通讯的一些基本原理。所以在协议层上就不多讲解这个概念问题了。

协议层是指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，它由启始位、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。如图所示：

二、usart功能框图

在功能框图上把其划分为四个部分——GPIO引脚、数据寄存器、控制器、波特率。我们在这里就主要讲解前三大功能，波特率一般可以在stm32上自主设置波特率的值(一般常用9600、15200)。

GPIO引脚：在功能框图上对应的1框图上我们看到主要有Tx、Rx、SW_RX、nRTS、nCTS、SCLK六个功能引脚，在stm32上这些功能引脚当中最常用的是Tx、Rx引脚。

TX：发送数据输出引脚。

RX：接收数据输入引脚。

SW_RX：数据接收引脚，只用于单线和智能卡模式，属于内部引脚，没有具体外部引脚(很少用到)。

nRTS：请求以发送 (Request To Send)，n 表示低电平有效。如果使能 RTS 流控制，当 USART 接收器准备好接收新数据时就会将nRTS引脚变成低电平;当接收寄存器已满时，nRTS 将被设置为高电平。该引脚只适用于硬件流控制。

nCTS：清除以发送 (Clear To Send)，n 表示低电平有效。如果使能 CTS 流控制，发送器在发送下一帧数据之前会检测nCTS引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。

SCLK：发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。

注意：在stm32的UART 只是异步传输功能，所以没有SCLK、nCTS 和nRTS 功能引脚。

数据寄存器：数据寄存器控制usart的读取还是发送。在官方的参考手册上对于数据寄存器(USART_DR)是这样描述的——包含接收到数据字符或已发送的数据字符，具体取决于所执行的操作是“读取”操作还是“写入”操作。

因为数据寄存器包含两个寄存器，一个用于发送 (TDR)，一个用于接收 (RDR)，因此它具有 双重功能(读和写)。

设备之间通信的方式

一般情况下，设备之间的通信方式可以分成并行通信和串行通信两种。并行与串行通信的区别如下表所示。

串行通信的分类

1、按照数据传送方向，分为：

单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输;

半双工：允许数据在两个方向上传输。但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信;它不需要独立的接收端和发送端，两者可以合并一起使用一个端口。

全双工：允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，需要独立的接收端和发送端。

2、按照通信方式，分为：

同步通信：带时钟同步信号传输。比如：SPI，IIC通信接口。

异步通信：不带时钟同步信号。比如：UART(通用异步收发器)，单总线。

在同步通讯中，收发设备上方会使用一根信号线传输信号，在时钟信号的驱动下双方进行协调，同步数据。例如，通讯中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或者下降沿对数据线进行采样。

在异步通讯中不使用时钟信号进行数据同步，它们直接在数据信号中穿插一些用于同步的信号位，或者将主题数据进行打包，以数据帧的格式传输数据。通讯中还需要双方规约好数据的传输速率(也就是波特率)等，以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。

在同步通讯中，数据信号所传输的内容绝大部分是有效数据，而异步通讯中会则会包含数据帧的各种标识符，所以同步通讯效率高，但是同步通讯双方的时钟允许误差小，稍稍时钟出错就可能导致数据错乱，异步通讯双方的时钟允许误差较大。

常见的串行通信接口

STM32串口通信基础

STM32的串口通信接口有两种，分别是：UART(通用异步收发器)、USART(通用同步异步收发器)。而对于大容量STM32F10x系列芯片，分别有3个USART和2个UART。

UART引脚连接方法

RXD：数据输入引脚，数据接受;

TXD：数据发送引脚，数据发送。

对于两个芯片之间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是，芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样，两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。STM32与51单片机串口通信相关实例，请移步此处:STM32与51单片机串口通信实例。

若是芯片与PC机(或上位机)相连，除了共地之外，就不能这样直接交叉连接了。尽管PC机和芯片都有TXD和RXD引脚，但是通常PC机(或上位机)通常使用的都是RS232接口(通常为DB9封装)，因此不能直接交叉连接。RS232接口是9针(或引脚)，通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。故，要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成RS232类型，再交叉连接。

经过电平转换后，芯片串口和RS232的电平标准是不一样的：

单片机的电平标准(TTL电平)：+5V表示1，0V表示0;

RS232的电平标准：+15/+13 V表示0，-15/-13表示1。

RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下：

所以单片机串口与PC串口通信就应该遵循下面的连接方式：在单片机串口与上位机给出的RS232口之间，通过电平转换电路(如下面图中的Max232芯片) 实现TTL电平与RS232电平之间的转换。STM32与PC之间通信实例，请移步此处:STM32实例-用按键控制串口发送数据，文末附代码。

RS232串口简介

台式机电脑后面的9针接口就是com口(串口) 在工业控制 数据采集上应用广泛上图中，最右边的是串口接口统称为RS232接口，是常见的DB9封装。