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STM32 UART 基础

介绍​

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）是一种常见的串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统中。STM32 微控制器内置了多个 UART 外设，能够实现与其他设备（如传感器、GPS 模块、蓝牙模块等）的通信。本文将带你了解 UART 的基本概念、配置方法以及如何在 STM32 中使用 UART 进行数据传输。

UART 的工作原理​

UART 是一种异步通信协议，意味着它不需要时钟信号来同步数据传输。UART 通信通常由两根信号线组成：

  • TX（Transmit）：发送数据线
  • RX（Receive）：接收数据线

数据传输的基本单位是帧，每帧包含以下部分：

  1. 起始位：标志数据传输的开始，通常为低电平。
  2. 数据位：实际传输的数据，通常为 5-9 位。
  3. 校验位（可选）：用于错误检测。
  4. 停止位：标志数据传输的结束，通常为高电平。
备注

UART 通信是全双工的，意味着数据可以同时发送和接收。

STM32 中的 UART 配置​

在 STM32 中，UART 的配置通常包括以下几个步骤：

  1. 启用 UART 外设的时钟。
  2. 配置 GPIO 引脚为 UART 功能。
  3. 设置 UART 的波特率、数据位、校验位和停止位。
  4. 启用 UART 外设。

以下是一个简单的 UART 初始化代码示例：

c
#include "stm32f4xx.h"

void UART_Init(void) {
    // 1. 启用 GPIOA 和 USART2 的时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);

    // 2. 配置 GPIOA 的引脚 2 和 3 为 UART 功能
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_USART2); // TX
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_USART2); // RX

    // 3. 配置 UART
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_Init(USART2, &USART_InitStruct);

    // 4. 启用 UART
    USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}

发送和接收数据​

发送数据​

要发送数据，可以使用 USART_SendData 函数。以下是一个发送字符串的示例：

c
void UART_SendString(USART_TypeDef* USARTx, char* str) {
    while (*str) {
        while (!(USARTx->SR & USART_FLAG_TXE)); // 等待发送缓冲区为空
        USART_SendData(USARTx, *str++);
    }
}

接收数据​

要接收数据，可以使用 USART_ReceiveData 函数。以下是一个接收字符的示例：

c
char UART_ReceiveChar(USART_TypeDef* USARTx) {
    while (!(USARTx->SR & USART_FLAG_RXNE)); // 等待接收到数据
    return USART_ReceiveData(USARTx);
}

实际应用案例​

假设你正在开发一个基于 STM32 的环境监测系统，需要将温湿度传感器的数据通过 UART 发送到上位机。以下是一个简单的实现：

c
void SendSensorData(float temperature, float humidity) {
    char buffer[50];
    sprintf(buffer, "Temperature: %.2f C, Humidity: %.2f %%\r\n", temperature, humidity);
    UART_SendString(USART2, buffer);
}
提示

在实际应用中，建议使用 DMA（直接内存访问）来提高 UART 的传输效率，尤其是在需要传输大量数据时。

总结​

UART 是 STM32 中常用的串行通信协议，适用于多种应用场景。通过本文，你已经学习了 UART 的基本工作原理、配置方法以及如何在 STM32 中实现数据的发送和接收。希望这些知识能帮助你在未来的项目中更好地使用 UART。

附加资源与练习​

  • 练习 1：修改代码，使其支持 115200 的波特率。
  • 练习 2：尝试使用 DMA 实现 UART 数据传输。
  • 资源：参考 STM32 官方参考手册，了解更多关于 UART 的高级功能（如硬件流控制、中断模式等）。
警告

在实际开发中，务必注意 UART 的波特率设置，确保发送端和接收端的波特率一致，否则会导致通信失败。