2020年12月18日 | STM32之关于USART以及波特率的一些思考

一、UART与USART？

　　UART：通用异步收发器　　　　USART：通用同步和异步收发器

　　同步：发送端发送数据后，接收端回应后才发下一个数据包，是为阻塞模式

　　异步：发送端发送收据后，不需要等待接收端回应，接着发送下一个数据包，是为非阻塞模式

　　半双工：允许数据在两个方向上传输，但是某一时间，只允许数据在一个方向上传输

　　全双工：允许数据同时在两个方向上传输

　　SPI为同步全双工通信、IIC为同步半双工通信，UART为异步全双工通信、USART为同步或异步通信

　　UART数据格式：

　　　　数据帧格式：开始位、数据位、奇偶校验位、停止位

　　　　　　起始位：开始发送一个字节数据，数据线为逻辑0状态

　　　　　　数据位：数据位为一般为8位（也有5、6、7位），低位LSB在前，高位MSB在后

　　　　　　奇偶检验位：用来判断接收的数据是否错误，分为NONE无校验、ODD奇校验、EVEN偶校验、MASK标志位即

　　　　校验位一直为1、SPACE空白即校验位一直为0

　　　　　　停止位：表示一个字节数据发送完成，数据线为逻辑1状态

　　　　没有数据发送时，数据线TX、RX为逻辑1状态，当有数据要传输时，数据线从逻辑1变为逻辑0状态

回到顶部

二、STM32的USART：

　　作为嵌入式开发人员，STM32的USART是绕不开的通信接口之一，什么是USART？STM32中文参考手册给的介绍是这样的：

　　学习USART之前，首先要了解STM32的时钟结构，我们以STM32F103XX举例，在STM32F103XX数据手册中，我们可以

看到下面两张图片，STM32F103xx performance line block diagram（STM32F103xx性能线框图）、Clock tree（时钟树），从

性能线框图上我们可以知道STM32的哪些外设是挂载在APB1上，哪些外设是挂载在APB2上的，同时可以知道相关外设的一些

信息，例如：TIM的通道数、APB2 /1的最大频率、芯片的最大时钟频率、Flash的大小等。因此我们得到：STM32F103XX的

USART1挂载在APB2上，最大频率为72MHz；USART23X挂载在APB1上，最大频率为36MHz。而STM32的USART的通信速率

与USART时钟息息相关，这在STM32F103XX数据手册中也有相关描述，原文见下图，附翻译。

翻译为：

　　其中一个USART接口能够以高达4.5 Mbit/s的速度进行通信。其他可用接口的通信速率最高为2.25 Mbit/s。他们提供硬件CTS

和RTS信号的管理，IrDA SIR ENDEC的支持，是ISO 7816兼容，有LIN主从能力。DMA控制器可以提供所有的USART接口。

　　这里说的能实现4.5Mbit/s的速度的USART便是USART1。

回到顶部

三、什么是波特率？什么是比特率？

 　　百度百科的解释是这样的：

　　引用百度百科的例子说明：假如数据传输速率为11520B/s，每个字符B包括10位（1个开始位、8个数据位、1个停止位），波

特率为11520Baud（波特），比特率 = 11520 * 10 = 115200bps（bit/s）读为：比特每秒。

　　值得注意的是：在实际的嵌入式开发过程中，波特率与比特率经常相同，具体表现为：我们说的波特率为115200Baud，而实际值

却是比特率115200bit/s。在通信调试中我们会遇到诸如时钟配置、USART配置不正确的情况，从而导致通信失败，使用示波器捕获

USART波形可以帮助定位问题所在，大概操作为：配置USART不断输出0x55（01010101），示波器抓到波形后，使用测量工具测量

每个位的开始与结束时间间隔，与实际设置波特率相比较，通常误差不超过100ns通信不会有问题。

　　示例：波特率为：115200bit/s，输出每个位的时间为：1 / 115200 = 0.00000868s = 8.68us。

STM32波特率的计算

　　STM32的串口波特率是通过 波特比率寄存器(USART_BRR) 设置的，在 STM32F103XX中文参考手册 中有这样一段介绍：

　　我们得知：STM32的 波特比率寄存器USART_BRR 支持分数设置，精确度因此提高。在手册中给出了波特率的计算公式：

　　示例：假设我们需要实现2.5Mbit/s的通信速率，由上我们知道只有STM32的USART1可以实现该通信速率

　　USART1的外设时钟(fck)为72MHz，fck / 波特率 = 16 * USARTDIV   ===》 USARTDIV = 1.8，将整数部分1 = 0x01写入

USART_BRR的位15：4，小数部分（0.8 * 16） = 12.5 ≈ 13 = 0xD写入USART_BRR的位3：0即可。USART_BRR的值为

0x1D；值得注意的是：使用库函数不用自行写入USART_BRR的值。

回到顶部

四、基于CubeMX与HAL库实现USART1的2.5Mbit/s通信速率

下载到开发板后，使用示波器采集USART1发送端口波形，得到的波形如下图，因为2.5Mbit/s传输速率每位传输时间为 1 /2500000 = 400ns，

而波形显示的每位传输时间大致为400ns，说明配置成功。