STM32外设-串口UART

一，串口简介

如果想让单片机和电脑，或者和其他设备"交流"，该怎么办呢？
UART 就像是设备之间的一条电话线，专门用来互相传递信息。通过它，单片机可以把传感器数据发送给电脑显示，电脑也可以给单片机发送指令来控制硬件。

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）即通用异步收发器 ，USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter）即通用同步异步收发器
UART 只支持异步通信模式；USART 功能更丰富，既支持同步通信也支持异步通信
UART 仅能进行异步通信，依靠约定波特率来保证收发双方同步 ；USART 除异步模式外，还支持同步模式，同步模式下需要同步时钟信号（如 STM32 单片机中的 USART_CK ）来实现更精确的数据传输同步 。

二，串口基础概念

1，什么是同步和异步/UART与USART对比

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）即通用异步收发器	USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter）即通用同步异步收发器
UART 只支持异步通信模式	USART 功能更丰富，既支持同步通信也支持异步通信
异步通信，依靠约定波特率来保证收发双方同步	USART 除异步模式外，还支持同步模式，同步模式下需要同步时钟信号（如 STM32 单片机中的 USART_CK ）来实现更精确的数据传输同步 。

2，串行与并行

串行 (Serial): UART 就是这种方式，数据一位一位地在单根线上发送。
优点：省线，适合长距离；
缺点：速度相对较慢。

并行 (Parallel): 数据同时在多根线上发送。
优点：速度快；
缺点：需要更多线，成本高，不适合长距离。

3，波特率 (Baud Rate)

波特率（Baud rate），是对符号传输速率的一种度量 ，单位为波特（Bd ）。它表示单位时间（每秒）内通过信道传输的码元个数

波特率就好比两个人打电话时说话的速度。你说话快，对方也要能听得快；你说话慢，对方也要能听得慢。只有双方速度（波特率）约定一致，才能正确理解对方的信息。

码元：是通信中携带数据信息的信号单元，是数字通信中对数字信号进行调制编码后的信号表示形式。在不同的调制方式下，一个码元可以携带不同数量的比特信息。例如，在四进制调制中，一个码元可以表示 2 个比特的信息；在八进制调制中，一个码元可以表示 3 个比特的信息。
比特：即二进制位，是计算机中数据存储和处理的基本单位，只有 0 和 1 两种状态。比特是信息的最小单位，用于表示数据的二进制值。
常见的波特率有 9600, 115200 等，单位是 Bd

4，数据帧 (Data Frame)

为了确保数据正确传输，UART 通信时会把数据打包成一个个"数据帧"来发送。就像写信需要信封、地址、邮票一样，数据帧也有固定格式。

一个典型的数据帧通常包含：
起始位 (Start Bit): 标志着一个新数据帧的开始，通常是低电平（逻辑 0）。
数据位 (Data Bits): 这才是我们要传输的真正数据，通常是 5 到 8 位。
校验位 (Parity Bit) (可选): 用于检查数据在传输过程中是否出错（奇校验、偶校验或无校验）。
停止位 (Stop Bit): 标志着数据帧的结束，通常是高电平（逻辑 1），可以是 1 位、1.5 位或 2 位。

重要：通信双方必须约定好相同的数据帧格式（数据位、校验位、停止位），否则就无法解析数据。

5，TX 和 RX

UART 通信至少需要两根线：

TX (Transmit): 发送数据线。设备的 TX 连接到另一个设备的 RX。
RX (Receive): 接收数据线。设备的 RX 连接到另一个设备的 TX。

TX 要连接对方的 RX，RX 要连接对方的 TX，交叉连接，就像打电话一样，你的话筒对着别人的听筒。
通常还需要一根 GND (Ground) 线，即地线，用来统一双方的参考电平（两个设备不是同一电源），确保信号稳定。

三，硬件连接

理论讲完了，我们来看看实际怎么连接。

1，usb转ttl模块

最常见的场景是将单片机（比如 STM32）和电脑通过 USB 转 TTL 模块连接起来。

1. 找到单片机上的 UART 引脚： 通常在开发板原理图或丝印上会标明 UART1_TX, UART1_RX 等。不同单片机可能叫 USART、SCI 等，但原理类似。
2. 准备 USB 转 TTL 模块： 这是一个小模块，一边是 USB 口插电脑，另一边引出 TXD, RXD, GND, VCC 引脚。
3. 连接：
   单片机的 TX 连接到 USB 转 TTL 模块的 RXD
   单片机的 RX 连接到 USB 转 TTL 模块的 TXD
   单片机的 GND 连接到 USB 转 TTL 模块的 GND
   （可选）如果模块需要供电，根据情况连接 VCC。
4. 插入电脑： 将模块的 USB 口插入电脑。电脑会识别到一个虚拟串口（COM口）。

注意： 一定要交叉连接 TX 和 RX！GND 必须连接！
连接好后，就可以在电脑上使用串口助手软件（如 XCOM、Putty 等）来收发数据了。

2，dap下载器

连接方法同上

因为我的板子上有ch340模块，ch340是usb转串口芯片，电脑的usb接口可以通过ch340连接到STM32

四，超时解析法

1，数据解析的方法

好了，现在硬件连上了，单片机也配置好了 UART（这部分通常由 STM32CubeMX 或类似工具生成初始化代码），数据源源不断地通过 RX 线进来了。但问题是：我怎么知道一帧完整的数据什么时候结束呢？

比如，电脑发送了 “Hello” 这个字符串，单片机是一个字节一个字节接收的（‘H’, ‘e’, ‘l’, ‘l’, ‘o’）。单片机怎么知道收到 ‘o’ 之后就表示 “Hello” 发送完了，而不是后面还有其他字符呢？

这就是数据解析要解决的问题。方法有很多，比如：

1. 固定长度： 双方约定好每次都发送固定长度的数据，比如每次 10 个字节。收满 10 个字节就算一帧。
2. 特定结束符： 双方约定好用一个特殊的字符或字符串作为结束标志，比如每次发送都以回车换行符 \r\n 结尾。收到这个标志就算一帧结束。
3. 超时解析法： 利用数据传输的间歇时间来判断。如果两个字节之间的时间间隔超过某个阈值（比如 10ms），就认为上一帧数据已经结束了。

2，超时解析法

超时解析法 是非常常用的一种方法，尤其适合那些数据长度不固定，且发送方会自然停顿（比如我们通过串口助手手动发送数据），这时可以用超时解析法，当单片机超过一定时间没有接收到数据时，接收完毕，具体在串口接收讲解