STM32 串口寄存器开发

​一、核心寄存器概览​

​寄存器​	​功能​	​位宽​	​关键位域​
​USART_SR​	状态寄存器（只读）	32位	RXNE(接收就绪)、TC(发送完成)、TXE(发送寄存器空)、ORE(溢出错误)
​USART_DR​	数据寄存器（读写）	32位	低9位有效，存储发送/接收的数据（实际用8位）
​USART_BRR​	波特率寄存器	32位	DIV_Mantissa(整数部分) + DIV_Fraction(小数部分)，控制通信速率
​USART_CR1​	控制寄存器1	32位	UE(使能)、TE(发送使能)、RE(接收使能)、M(字长)、PCE(校验使能)
​USART_CR2​	控制寄存器2	32位	STOP(停止位长度)、LINEN(LIN模式)、CLKEN(时钟使能)
​USART_CR3​	控制寄存器3	32位	DMAT(DMA发送使能)、DMAR(DMA接收使能)、RTSE(RTS流控)、CTSE(CTS流控)

⚠️ ​注意​：

• 所有寄存器必须按32位字访问（禁止半字/字节操作）；
• 操作前需使能时钟​（RCC_APBxPeriphClockCmd()），否则配置无效。

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⚙️ ​二、寄存器详解与配置方法​

1. ​状态寄存器（USART_SR）​​

• ​关键位​：
  • RXNE(位5)：接收数据就绪（读DR自动清除）
  • TXE(位7)：发送寄存器空（写DR自动清除）
  • TC(位6)：发送完成（读SR后写DR清除）

// 发送前检测TXE
while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE)); // 等待发送寄存器空
USART1->DR = data;                     // 写入数据

2. ​波特率寄存器（USART_BRR）​​

• ​计算公式​：
  BRR=波特率×16fclk​​
  • 整数部分存于DIV_Mantissa[15:4]，小数部分存于DIV_Fraction[3:0]

// 设置115200波特率（系统时钟72MHz）
USART1->BRR = (72000000 / (115200 * 16)); // 计算结果=39.0625 → BRR=0x0273

3. ​控制寄存器1（USART_CR1）​​

​位​	​名称​	​功能​
13	UE	使能USART（1=使能，0=关闭）
12	M	字长（0=8位，1=9位）
10	PCE	校验使能（1=启用奇偶校验）
3	TE	发送使能（1=开启TX）
2	RE	接收使能（1=开启RX）

// 使能8位数据、无校验、收发模式
USART1->CR1 |= USART_CR1_UE | USART_CR1_TE | USART_CR1_RE;

4. ​控制寄存器2（USART_CR2）​​

• ​停止位控制​：
  • STOP[13:12]：00=1位停止位，01=0.5位，10=2位，11=1.5位

// 设置1位停止位
USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP; // 清零STOP位

5. ​控制寄存器3（USART_CR3）​​

• ​高级功能​：
  • DMAT(位7)：DMA发送使能
  • DMAR(位6)：DMA接收使能
  • RTSE(位8)：RTS硬件流控使能

// 启用DMA接收
USART1->CR3 |= USART_CR3_DMAR;

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​三、完整配置流程（寄存器版）​​

步骤1：使能时钟

RCC->APB2ENR |= RCC_APB2Periph_USART1;  // USART1时钟使能（APB2总线）
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2Periph_GPIOA;   // GPIOA时钟使能

步骤2：配置GPIO为复用模式

// PA9(TX)：复用推挽输出
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 4);             // 清除PA9配置
GPIOA->CRH |= (0xB << 4);               // 50MHz复用推挽（CNF=10, MODE=11）

// PA10(RX)：浮空输入
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 8);             
GPIOA->CRH |= (0x4 << 8);               // 浮空输入（CNF=01, MODE=00）

步骤3：设置波特率与帧格式

USART1->BRR = 0x0273;                   // 72MHz下115200波特率
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_M;            // 8位数据
USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP;         // 1位停止位
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_PCE;          // 无校验

步骤4：使能收发与USART

USART1->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE; // 使能发送和接收
USART1->CR1 |= USART_CR1_UE;              // 使能USART

步骤5（可选）：中断配置

USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE;         // 接收中断使能
NVIC->ISER[0] |= (1 << USART1_IRQn);     // 使能NVIC中断

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​四、数据收发实战代码​

1. ​阻塞式发送函数​

void USART_SendChar(uint8_t ch) {
    while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE)); // 等待发送寄存器空
    USART1->DR = ch;                      // 写入数据
    while (!(USART1->SR & USART_SR_TC));  // 等待发送完成
}

2. ​中断接收服务函数​

void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART1->SR & USART_SR_RXNE) {     // 检查接收中断标志
        uint8_t data = USART1->DR;        // 读取数据（自动清除RXNE）
        // 处理接收到的数据...
    }
}

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⚠️ ​五、关键注意事项​

1. ​时钟一致性​：

   • USART1挂载APB2（最高72MHz），USART2/3挂载APB1（最高36MHz）
   • BRR计算需根据实际总线频率调整。

2. ​中断标志清除​：

   • RXNE：读DR自动清除
   • TC：需"读SR + 写DR"序列清除

3. ​9位数据模式​：

   • 启用USART_CR1_M后，DR需按16位操作：

     uint16_t data = USART1->DR & 0x1FF; // 读取9位数据

4. ​硬件流控​：

   • 启用USART_CR3_RTSE/CTSE时，需连接CTS/RTS引脚。

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​六、调试技巧​

• ​状态寄存器诊断​：

  if (USART1->SR & USART_SR_ORE) {       // 检测溢出错误
      USART1->SR &= ~USART_SR_ORE;       // 写1清除错误标志
  }

• ​波特率验证​：
  用示波器测量TX引脚波形，计算实际波特率：
  实际波特率=1/位周期

通过直接操作寄存器，串口通信延迟可降至1μs以内（比库函数快3-5倍），适用于电机控制、高速传感器等实时场景