目录

• 一、什么是USART
• • 1. USART简介
  • 2. STM32F4中的USART
  • • 2.1 USART的发送/接收引脚
    • 2.2 USART转为USB接口
• 二、常用的串口相关寄存器
• 三、程序编写
• • 1. 串口配置的一般步骤
  • 2. 编写程序

一、什么是USART

1. USART简介

USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)的全称为通用同步/异步串行接收/发送器，它与普通串口UART的不同在于，USART有同步、异步两种工作模式；而UART是经过裁剪后的USART，只有异步工作模式。

2. STM32F4中的USART

2.1 USART的发送/接收引脚

STM32F4中有两个USART(USART1、USART2)，其中，我们以USART1为例，它的发送、接收与PA9、PA10引脚相连，从如下的GPIO引脚复用图中可以看出，PA9可以复用为USART1的发送(TX)功能，而PA10可以复用为USART1的接收(RX)功能。

2.2 USART转为USB接口

单片机通常需要与电脑互相传输数据，但是电脑没有USART接口，这该怎么办呢？设计者通常通过一个芯片把USART接口转换为USB接口，这样就可以与电脑通信了。

能实现USART转USB的芯片有很多，STM32F4中使用的是CH340G。

STM32F4中USART1转USB的原理图如下所示：

其中，TXD/RXD 是相对于 CH340G 来说的，也就是 USB 串口的发送和接受脚。而 USART1_RX/USART1_TX 则是相对于 STM32F407ZGT6 来说的。这样，通过对接，就可以实现 USB 串口和 STM32F407ZGT6 的串口通信了。

注：在本文的实验中，就是用USB串口把USB信号转换为串口信号，进而通过PA9和PA10的复用功能来与单片机进行通信。

二、常用的串口相关寄存器

常用的串口相关寄存器有三个：

• USART_SR 状态寄存器，用来记录一些状态，如是否接收到数据，是否要发送数据等
• USART_DR 数据寄存器，用来存储数据，包括要接收的数据和要发送的数据等
• USART_BRR 波特率寄存器，用来调整波特率的大小。

其中，USART_SR和USART_DR的各个位的含义在**《STM32F4xx中文参考手册》的26.6节可以查到， 本文不再赘述。这里只简要介绍一下USART_BRR**波特率寄存器的内部结构:

在上篇博文【STM32F4】四、串口通信1——硬件部分中我们在第三部分列出过，下面我们只把波特率发生器的硬件部分展示在下图中：

首先由USART_BRR寄存器产生初始的时钟信号，假设频率为** f ；输入到分频系数为USARTDIV的分频器后，输出信号频率变为 f / USARTDIV**；在经过采样除法器后，最终输出信号的波特率为** f / USARTDIV / [8 x (2 - OVER8)] **，其中，OVER8可人为设置。

其中，初始频率 f 通常是固定的，OVER8 通常设为0；那么公式就简化为波特率 = f / USARTDIV / 16。而为了得到最终的波特率，我们要求的其实就是唯一的可变参数USARTDIV，实际上它也是由USART_BRR寄存器决定的。

但在程序中，我们不需自己计算USART_BRR的配置。我们只要把想要的波特率(如115200)直接写入程序、传给相应函数即可，STM32F4提供的库函数会帮我们计算并对USART_BRR进行配置。

三、程序编写

1. 串口配置的一般步骤

根据正点原子的课程，列出串口配置(带中断响应)的一般过程如下：

① 必要的时钟使能

• 串口时钟使能：RCC_APBxPeriphClockCmd();
• GPIO时钟使能：RCC_AHB1 PeriphClockCmd();
  注:要想使用一个外设，必须要对【外设】、以及【连接外设的GPIO引脚】的时钟进行使能。

② 引脚复用映射：GPIO_PinAFConfig():
③ GPIO端口模式设置：GPIO_Init(); //模式设置为GPIO_Mode_AF
④ 串口参数初始化：USART_Init(); //配置波特率等参数
⑤ 开启中断并且初始化NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）：

• NVIC_Init();
• USART_ITConfig();

⑥ 使能串口：USART_Cmd();
⑦ 编写中断处理函数：USARTx_IRQHandler();
⑧ 串口数据收发：

• void USART_SendData(); //从DR寄存器中将数据发送出去
• unit16_t USART_ReceiveData(); //从DR寄存器读取接收到的数据

⑨：串口传输状态获取：

• FlagStatus USART_GetFlagStatus();
• void USART_ClearITPendingBit();
  

下面我们也将按照上述步骤，一一编写程序。

2. 编写程序

下面我们把经过详细注释的代码放上来，全都是按照上述九个步骤来写的：

#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"

void My_USART1_Init(void) //配置和初始化的程序，除中断处理函数外，其他的配置都在这里面
{ 
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; //用于GPIO配置的结构体
	USART_InitTypeDef* USART_InitStruct; //用于USART配置的结构体
	NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct; //用于NVIC配置的结构体
	
//===============================一、串口时钟使能===================================
	//使能USART1,由于USART1挂载在APB2总线下，所以要去RCC相关的库函数中搜索APB2的时钟使能函数
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

//=================================GPIO时钟使能=====================================
	//因为要通过PA9和PA10的复用功能来使用UART1，所以也要使能GPIOA的时钟，GPIOA挂载在AHB1总线下
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
	
//===============================二、引脚复用映射===================================
	//通过下面这个函数，把PA9配置为复用功能——USART1_TX，PA10配置为复用功能——USART1_RX
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);
	
//=============================三、端口模式设置==================================
	//下面要配置PA9和PA10配置为复用模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //GPIO_Mode_OUT; //AF即复用模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

//================================四、串口参数初始化================================= 
	//初始化USART1的配置
	USART_InitStruct->USART_BaudRate = 115200; //波特率
	USART_InitStruct->USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//不使用硬件流控制
	USART_InitStruct->USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //把发送和接收功能都进行使能
	USART_InitStruct->USART_Parity = USART_Parity_No;//不使用奇偶校验
	USART_InitStruct->USART_StopBits = USART_StopBits_1;//使用1个停止位
	USART_InitStruct->USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//因为没有奇偶检验，所以可以使用8位字长
	USART_Init(USART1, USART_InitStruct);
	
	//====================================================================
	//=============如果不使用中断，那么这个程序到这里就可以结束了=============
	//====================================================================
	
//=============================五、开启中断并且初始化NVIC============================
	//配置NVIC
	//首先设置中断优先级分组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	//再初始化NVIC
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//不同的通道定义在顶层头文件stm32f4xx.h中 //设置NVIC通道为USART1的通道
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;//设置抢占优先级为1
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//设置响应优先级为1
	NVIC_Init(NVIC_InitStruct);

//==================================六、使能串口====================================
	//使能USART1
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
	//使能USART1的某种中断
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//把接收非空中断USART_IT_RXNE使能，即一旦接收到了信息，就引发中断，且执行相应的中断函数

	//下一步就要在下面定义USART1的中断服务函数，函数名是固定的，在官方的系统系统文件中startup_stm32f40_41xxx.s已经给出：USART1_IRQHandler
}

//================================七、编写中断处理函数===============================
void USART1_IRQHandler(void)
{ 
	u8 res; //用来记录接收到的数据，因为我们在上面设置的8位字长代表一个数据，所以这里可以用u8来记录？

//==============================九、串口传输状态获取=================================
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)) //读取USART_IT_RXNE标志位的状态)
	{ 
//================================八、串口数据收发==================================
		res = USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
		USART_SendData(USART1, res); //把接收到的数据发出去
	}
}


//主函数
int main(void)
{ 
	My_USART1_Init();
	while(1); //在这里无限循环即可，程序会自动执行 中断 和 中断处理函数
	
	return 0;
}

注： 如果编译时程序出错，可能是因为在官方库文件usart.c里已经定义过一个中断处理函数USART1_IRQHandler()，把它注释掉或者把这个文件删掉即可。