CubeMax配置串口通讯

串口基础知识

问：什么是串口通讯？

答：
串口通讯（Serial Communication）是一种按位（bit）逐次发送和接收数据的通信方式，仅需少量信号线（如 TX、RX、GND）即可实现设备间数据传输。

特点：

• 异步传输：无需共享时钟信号（CLK），依靠波特率（Baud Rate）同步。

• 数据帧结构：由起始位（Start Bit）、数据位（5-9 bit）、校验位（可选）和停止位（Stop Bit）组成。

• 简单可靠：适合低速、长距离通信（如工业控制、传感器数据采集）。

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问：串口通讯协议有哪些？

答：
串口通信协议可分为物理层标准（硬件接口+电平规范）和协议层规范（数据帧格式+校验规则）两类。

1. 物理层标准（硬件接口+电平规范）

标准	电平特性	传输方式	传输距离	典型应用
TTL	0V（逻辑0） / 3.3V或5V（逻辑1）	单端信号	<1m	单片机、嵌入式设备
RS-232	±3V~±15V（逻辑1：-3V~-15V，逻辑0：+3V~+15V）	单端信号	<15m	旧电脑串口、工业设备
RS-485	差分信号（A/B线电压差表示逻辑）	差分信号	≤1200m	工业自动化（Modbus）
CAN	差分信号（CAN_H/CAN_L）	差分信号	≤40m（1Mbps）	汽车电子、工业控制

2. 协议层规范（数据帧格式+校验规则）

协议	传输方式	特点	典型应用
UART	异步	无时钟信号，需约定波特率	单片机调试、传感器
USART	同步/异步	比UART多同步模式（如SPI）	高速通信（如STM32）
Modbus	基于UART/RS-485	主从架构，支持多设备	工业自动化
CAN协议	同步（带位仲裁）	多主机、错误检测、高可靠	汽车电子

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问：RS232、USART、UART、CAN、RS485的区别？

答：

特性	UART	USART	RS-232	RS-485	CAN
传输方式	异步	同步/异步	异步	异步/同步	同步
电平标准	TTL（0V/3.3V/5V）	TTL	±3V~±15V	差分（±1.5V~±5V）	差分（±2V）
通信距离	<1m（TTL）	<1m（TTL）	<15m	≤1200m	≤40m（1Mbps）
抗干扰	弱	中	中	强	极强
拓扑结构	点对点	点对点	点对点	多点（总线）	多点（总线）
典型应用	调试接口	高速通信	旧电脑外设	工业Modbus	汽车电子

总结：

• UART/USART：协议层，定义数据格式（USART支持同步）。

• RS-232/RS-485：物理层，定义电平与接口（RS-485更先进）。

• CAN：高可靠总线协议，适用于复杂环境。

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补充关键点

1. 波特率（Baud Rate）：每秒传输的符号数（如9600、115200bps），需收发双方一致。

2. 校验方式：奇校验、偶校验、无校验，用于检测数据错误。

3. 全双工 vs 半双工：

   • 全双工（如UART）：TX、RX可同时收发。

   • 半双工（如RS-485）：同一时间只能发送或接收。

       

以STM32F103VGT6为例，用STM32CubeMX配置串口

基础配置：

       1. 高速时钟配置成外部晶振

        2.Debug模式选择Serial Wire

       3.时基资源选择 TIM5（如果使用Free RTOS，否则默认Systick即可）

其中RCC的三个操作的含义是

1. Master Clock Output 1/2 的含义

作用：
Master Clock Output（MCO）引脚允许微控制器将内部时钟信号（如HSE、HSI、PLL等）输出到外部设备，例如：

                1.为其他芯片（如传感器、通信模块、音频编解码器）提供同步时钟。

                2.调试时监测内部时钟频率

2. Audio Clock Input (I2S_CKIN) 的含义

作用：这是用于音频接口（I2S协议）的外部时钟输入引脚，允许外部音频设备（如CODEC）提供主时钟信号，确保音频数据传输的同步性。

2. 何时选择 Master Clock Output？

需要选择的情况：

        1.外部设备需要时钟同步：例如，连接外部ADC、DAC、FPGA或其他需要精确时钟的器件。

        2.多设备时钟共享：避免为每个设备单独设计时钟电路，简化硬件设计。

        3.调试或测试：通过输出内部时钟到示波器，验证时钟频率是否正确。

无需选择的情况：

        1.外部设备自带振荡器（如晶振）或不需要主时钟同步。

        2.系统无时钟共享需求，或仅使用内部时钟。

4.何时选择 Audio Clock Input (I2S_CKIN)

        1.使用外部音频设备（如数字麦克风、音频编解码器）且需由外部提供时钟时启用。

        2.内部时钟无法满足音频精度要求（如高保真音频需低抖动时钟）

串口配置

UART和USART有区别，所以在CubeMX上配置时，UART相较USART的模式选项，少了一个SmartCard，同时少了一个RS232硬件协议的选择.

通信模式（Mode）选项介绍：

1、Asynchronous（异步模式）

        含义：数据以不定时的方式传输，依赖起始位和停止位同步，无需共享时钟信号（如UART）。

        作用：简化硬件设计，适应不同速率的设备通信。

        何时使用：

                常见的串口通信（如调试日志、传感器数据读取）。

                设备间时钟不同步或距离较远（如GPS模块与MCU）。

2、Synchronous（同步模式）

        含义：数据通过共享时钟信号（如SCLK）严格同步传输（如SPI、I2C）。

        作用：提高传输速率和可靠性。

        何时使用：

                高速或实时性要求高的场景（如显示屏刷新、高速ADC采样）。

                主从设备需严格同步（如EEPROM读写）。

3、Single Wire (Half-Duplex)（单线半双工）

        含义：单根线分时双向传输数据，同一时间只能发送或接收。

        作用：节省引脚资源。

        何时使用：

                引脚有限的场景（如单总线协议DS18B20温度传感器）。

4、Multiprocessor Communication（多处理器通信）

        含义：支持多个设备共享总线，通过地址识别目标设备。

        作用：实现一主多从的通信架构。

        何时使用：

                多个MCU或外设需共用同一总线（如工业控制网络）。

5、IrDA（红外通信）

        含义：通过红外光传输数据，需编解码模块。

        作用：无线短距离通信。

        何时使用：

                红外遥控、医疗设备（如血氧仪）。

6、LIN（局域互联网络）

        含义：低成本车载通信协议，单线传输。

        作用：替代复杂CAN总线用于简单控制。

        何时使用：

                汽车电子中的次级网络（如车窗控制、座椅调节）。

7、SmartCard（智能卡模式）

        含义：支持ISO7816标准的智能卡接口。

        作用：安全身份验证或支付。

        何时使用：

                SIM卡、银行卡读卡器。

硬件流控（Hardware Flow Control）

1、Disable（禁用流控）

        含义：不启用硬件流控信号（CTS/RTS）。

        作用：简化接线，适用于低速率或可靠环境。

        何时使用：

                短距离通信或波特率较低（如9600bps以下）。

                设备间缓存足够（如MCU与PC串口调试）。

2、CTS Only（仅清除发送）

        含义：仅使用CTS信号，接收方控制发送方数据流。

        作用：防止接收方缓冲区溢出。

        何时使用：

                单向大数据量传输（如GPS模块持续输出数据）。

3、RTS Only（仅请求发送）

        含义：仅使用RTS信号，发送方请求接收方准备。

        作用：确保接收方就绪后再发送数据。

        何时使用：

                接收方处理能力有限（如低速MCU接收高速数据）。

4、CTS/RTS（全硬件流控）

        含义：同时启用CTS和RTS信号，双向控制数据流。

        作用：避免数据丢失，提高高波特率下的可靠性。

        何时使用：

                高速通信（如115200bps以上）或噪声环境（如工业现场）。

                设备间处理速度差异大（如MCU与4G模块通信）。

总结

①通信模式选择：

        根据协议要求（如UART/SPI）、设备数量（单设备/多设备）、传输方向（全双工/半双工）决定。

②硬件流控选择：

        根据波特率、传输距离、设备缓存能力决定是否启用CTS/RTS。

典型场景：

        异步+禁用流控：普通串口调试。

        同步+全流控：高速SPI连接ADC。

        LIN模式：汽车电子控制。

选择USART3的Asynchronous（异步模式）模式

一、参数配置

1.波特率的数值是自己输入

2.字长是选择的，8字长或9字长

3.奇偶校验处可以选择 无 、Even（奇）、Odd（偶）

4.停止位可以选择1、2位停止位

5.数据方向则是三个选项：收发、仅收、仅发

6.过样率（采样率）：16 Samples 或者 8 Samples。其功能是选择每bit的采样次数，8就是每bit采样8次，16同理。高采样则数据准，但是传输数据会慢。

        在CubeMX中，选择 16x Oversampling 可显著降低115200bps下的误码率。

用户常量则是自定义宏

添加常量：

        在界面点击 add → 输入 NAME 和 VALUE（如 PWM_FREQUENCY 1000）。

生成代码：

工具会在 main.h 或 stm32xxxx_hal_conf.h 中生成：

        #define PWM_FREQUENCY 1000

NVIC设置（嵌套 向量 中断 控制 设置）

勾选上Enabled，也就是使能中断，而具体参数需要看到System Core中的NVIC进行配置抢占优先级（Preemption Priority）和响应优先级（Sub Priority）