基于STM32的串口通信——UART与和USART的基础与应用

一、引言

STM32系列微控制器在嵌入式系统领域中应用广泛，其内建的UART（通用异步收发器）和USART（通用同步异步收发器）模块为串行通信提供了强大支持。UART和USART都是STM32F1 的两种串口通信协议，但它们在某些方面存在差异。以下是对UART和USART的小结。

二、UART

UART模块支持全双工通信，是一种通用的异步串行通信协议，具有可编程的数据字长度、奇偶校验和停止位。它使用一个波特率发生器来生成发送和接收时钟，可以通过软件或外部时钟源进行配置。UART还支持中断和DMA（直接内存访问）操作，以便于数据传输和接收。它是嵌入式系统中最常用的串行通信协议之一，主要用于微控制器和其他设备之间的串行数据传输。UART的主要特点包括：

• 异步传输：UART采用异步串行通信方式，不需要发送器和接收器之间的时钟信号同步。发送器将数据位一个接一个地发送，并在每个字节后发送一个额外的起始位和停止位，以确保接收器正确检测到数据的开始和结束。
• 数据格式：UART支持可配置的数据格式，包括数据位、停止位和奇偶校验等。用户可以根据实际需求选择合适的数据格式进行通信。
• 数据传输：UART通过串行方式传输数据，适用于较远距离的数据传输或者低速率的通信应用。
• 双向通信：UART支持全双工通信模式，即发送器和接收器可以同时进行数据传输，提高了通信的效率。
• 灵活配置：UART可以通过软件配置各种参数，如波特率、数据位、停止位、奇偶校验等，以满足不同的通信需求。
• 中断和DMA控制：UART模块具有中断和DMA控制功能，可以方便地进行数据传输和接收，同时减少CPU的负担。

三、USART

USART模块同样支持全双工通信，具有与UART相同的数据字长度、奇偶校验和停止位功能。此外，USART还支持同步模式，需要一个额外的时钟线来同步数据传输。在同步模式下，USART模块的工作方式和传统的串行通信协议相似，但具有更高的数据传输速率和更好的同步性能。通常用于微控制器和其他设备之间的串行通信，具有数据传输速率高、占用资源少、易于实现等优点。USART的主要特点包括：

• 同步和异步模式：USART既支持同步模式也支持异步模式。在同步模式下，发送器和接收器之间的时钟信号是同步的，可以保证数据的正确传输。在异步模式下，发送器和接收器之间的时钟信号不需要同步，通信协议相对简单，但需要注意避免数据传输过程中的时序问题。
• 可配置的数据格式：USART支持可配置的数据格式，包括数据位、停止位、奇偶校验等。用户可以根据实际需求选择合适的数据格式进行通信。
• 错误检测和纠正：USART提供了错误检测和纠正机制，如奇偶校验、帧错误检测等，可以提高数据传输的可靠性和准确性。
• 中断和DMA控制：USART模块具有中断和DMA控制功能，可以方便地进行数据传输和接收，同时减少CPU的负担。
• 多处理器通信：USART支持多处理器通信模式，允许多个处理器通过共享总线进行通信。

四、UART与USART的区别

UART 是在 USART 基础上裁剪掉了同步通信功能，只剩下异步通信功能。但它们在数据传输方式和同步模式上存在差异。UART使用异步模式进行数据传输，而USART则支持异步和同步模式。在同步模式下，USART使用一个额外的时钟线来同步发送器和接收器之间的数据传输。而UART仅使用两条线（TX和RX）进行数据传输，不需要额外的时钟线。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用串口通信基本都是异步通信。

五、UART和USART在STM32中的实际应用

UART和USART在STM32中广泛应用于各种实际应用场景，如串行通信、调试输出、传感器数据采集等。以下是一些常见的应用示例：

• 串行通信：通过UART或USART与其他微控制器或外部设备进行通信，实现数据交换和控制功能。
• 调试输出：使用UART或USART将调试信息输出到终端设备，以便于开发人员分析程序运行状态和排查问题。
• 传感器数据采集：通过UART或USART读取各种传感器数据，并进行处理和分析。

在此，分享笔者在进行串口调试输出时总结的几点：（笔者在调试时使用的串口助手是SSCOM5.13.1，此步骤适用于代码多次实验无误并且编译无问题情况）

1. 首先，在出现问题时，先进行断电插拔，检查是否的连接松动；
2. 检查串口设置（包括波特率、数据长度、停止位等等）和驱动是否有问题；
3. 用已成功的串口程序检测主控mcu是否有问题；
4. 检测其他部件是否有问题；
5. 在排除其他没有问题后，最后检测代码是否有问题。