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微机原理与接口技术 · 第9章《串行通信》知识点全梳理
2026/10/11 1:44:05 网站建设 项目流程

微机原理与接口技术 · 第9章《串行通信》知识点全梳理

本文整理自福州大学《微机原理与接口技术》吴衔誉教授第九章课件，系统讲解通信的有关概念、STM32 的异步串行通信接口、USART 寄存器、USART 固件库函数、USART 使用举例以及 SPI 接口六大板块。

目录

  • 一、通信的有关概念
  • 二、STM32 的异步串行通信接口
  • 三、STM32 的 USART 寄存器
  • 四、STM32 的 USART 固件库函数
  • 五、STM32 的 USART 使用举例
  • 六、STM32 的 SPI 接口
  • 本章小结与思考题

一、通信的有关概念

1.1 串行通信的有关概念

什么是通信：计算机的 CPU 与外部设备之间，以及计算机和计算机之间的信息交换。

并行通信：一次传送一个或一个以上字节（1 Byte = 8 bit）的数据，数据的各位同时进行传送；以字节或字节的倍数为传输单位。它适合外部设备与计算机之间近距离、大量、快速的信息交换（计算机内部总线就是以并行方式传输的）。特点是传输速度快，但距离较远、位数较多时，通信线路复杂且成本高。

串行通信：通信双方使用一根或两根数据信号线相连，数据在一根数据信号线上一位一位地顺序传送，每一位数据都占据一个固定的时间长度。与并行相比，优点是传输线少、成本低、适合远距离传送及易于扩展；缺点是速度慢、传输时间长。计算机上常用的 COM 设备、USB 设备和网络设备都采用串行通信。

两类通信的对比如下表：

对比项并行通信串行通信
传送方式一次传送一个或一个以上字节数据在一根线上一位一位顺序传送
适用场景近距离、大量、快速的交换；传输速度快传输线少、成本低、适合远距离、易于扩展
缺点距离远、位数多时线路复杂、成本高速度慢、传输时间长

（1）串行通信的分类

按串行数据的同步方式，分为同步通信和异步通信两类。

  • 异步通信（Asynchronous Communication）：接收器和发送器使用各自的时钟，工作是非同步的（典型器件为 UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）。每一个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以字符为单位逐个发送和接收。

    异步传送时每个字符的组成格式：首先用一个起始位（逻辑 0，低电平）表示字符开始；紧跟着是数据字，通常 7 位或 8 位（低位在前、高位在后），可根据需要加入奇偶校验位；最后是停止位（逻辑 1，高电平），长度可为 1 位、1.5 位或 2 位。数据字加上起始位和停止位就形成一个串行帧。字符间隔不固定，停止位后可加空闲位（高电平），用于等待发送，收发可随时进行。

  • 同步通信（Synchronous Communication）：要求收发双方具有同频同相的同步时钟信号（典型器件为 USART、SPI）。它是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息，帧中通常含有若干个数据字符。

    同步通信根据控制规程分为面向字符型和面向比特型：

    • 面向字符型可采用单同步、双同步、外同步三种格式。单 / 双同步由同步字符、数据字符和校验字符 CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）三部分组成；单同步先传一个同步字符 SYNC，双同步先传两个；
    • 外同步没有同步字符，用一条专用控制线传送同步信号；每帧结束时用两个字节的 CRC 结束；
    • 面向比特型（按 SDLC，Synchronous Data Link Control，同步数据链路控制规程）每帧由 6 部分组成：开始标志 7EH、1 字节地址场、1 字节控制场、任意位的数据段、2 字节 CRC、结束标志 7EH。为避免数据 / CRC 中出现 6 个连续 1 被误判为结束标志，发送端在连续出现 5 个 1 时立即插入一个 0，接收端再去掉。

    同步通信数据传输速率较高，通常可达 56000 bit/s 或更高，适合信息量大、速率高的系统；缺点是要求发送时钟和接收时钟严格同步，且发送时钟还要同时送到接收端。

波特率与比特率（异步 / 同步都涉及的速率概念）：

  • 比特率：数字信号的传输速率，用单位时间传输的二进制有效位数表示，单位 bit/s（bps）、Kbps 或 Mbps；
  • 波特率：数据信号对载波的调制速率，用单位时间载波调制状态改变次数表示，单位波特（Baud）；
  • 二者关系：比特率 = 波特率 × 单个调制状态对应的二进制位数；
  • 例：数据传送速率为 120 字符/秒，每个字符 10 位，则比特率 = 10 × 120 = 1200 bit/s。

辨析：波特率（Baud，码元速率）与比特率（bit/s，位速率）不是一回事。工程上常说的「波特率 9600」严格来说是位速率；只有当每个码元只承载 1 位二进制时，二者数值才相等。考试中务必先看题目给的是「字符/秒」还是「比特/秒」。

按数据传送方向，串行通信分为单工、半双工和全双工 3 种。两点之间的传送方式有：

  • 单工（Simplex）：A 为发送站、B 为接收站，数据只能由 A 发至 B，不能反向。类似无线电广播；
  • 半双工（Half Duplex）：数据可从 A 到 B，也可从 B 到 A，但用一根线连接，同一时间只能一个方向传送，方向由收发控制开关控制。类似对讲机；
  • 全双工（Full Duplex）：分别用 2 根独立传输线连接收发双方，A、B 可同时发送和接收。类似电话机。

此外还有主从多终端通信方式：主机可向多个终端发信息，在主机允许下各终端在不同时间向主机发信息，又可分为多终端半双工和全双工。

（2）串行接口

串行通信中数据是一位一位传送的，而计算机中是并行传送的，因此需要串行接口完成并 → 串（发送）和串 → 并（接收）的转换。这种转换可用软件也可用硬件实现，为减轻 CPU 负担，通常用硬件（串行接口）完成。

串行接口主要由 4 部分组成：

  • 数据输入寄存器：串行数据一位一位进入接收移位寄存器，经串入并出转换，收完一个字符后送入数据输入缓冲器，等待 CPU 读取；
  • 数据输出寄存器：CPU 输出的数据先到输出缓冲器，再到发送移位寄存器，经并入串出转换后逐位送出；
  • 状态寄存器：存放外设运行状态信息，CPU 通过读它了解状态、进而控制外设；
  • 控制寄存器：存放 CPU 设置的工作方式命令和操作命令，控制外设运行。

串行接口基本工作原理：

  • 发送：CPU 经数据总线把 8 位并行数据送到数据输出寄存器，再送并行输入 / 串行输出移位寄存器，在发送时钟和控制电路下逐位发送；起始位和停止位由接口自动添加；发完一帧产生中断请求，CPU 可送下一字符；
  • 接收：接口监视接收端，检测到低电平（起始位）就开始接收；每收到一位使接收移位寄存器左移一次，收完一个字符后并行送入数据输入寄存器，并产生中断促使 CPU 取走。

USART 与 UART：USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步 / 异步串行收发器）是一个全双工通用同步 / 异步串行收发模块，一般分为 3 部分：时钟发生器、数据发送器和接收器。UART 除没有同步时钟信号外，其余模块与 USART 相同。

UART 中设有 3 种出错标志：

  1. 奇偶错误（PE，Parity error）：发送时检查每个字符中 1 的个数，自动在奇偶校验位补 1 或 0，使含校验位的 1 总数在偶校验时为偶数、奇校验时为奇数；接收时重新计算校验，不符则置 PE；
  2. 帧错误（FE，Frame error）：字符格式不符合规定。若接收时钟与发送时钟频率相差太大，导致起始位后采样错位，使本应为高电平的停止位变成低电平，则置 FE；
  3. 溢出错误（OE，Overrun error）：UART 是双缓冲结构。若 CPU 迟迟不取走第一个字符，第二个字符进入缓冲器就会覆盖并丢失第一个字符，此时置 OE。

1.2 并行通信的有关概念

（1）并行接口

实现并行通信的接口电路。分类：输入并行接口、输出并行接口、输入 / 输出并行接口。并行通信以同步方式传输，特点是传输速度快、硬件开销大、适合近距离。与所有接口一样，并行接口信息传输包含状态信息（如 READY=1 表示输入准备好、BUSY=1 表示接口正忙）、控制信息（CPU 发出的工作方式 / 启动 / 复位命令）和数据信息。

（2）并行接口电路组成

通常由输入数据缓冲器、输出数据缓冲器、状态寄存器和控制寄存器组成。

  • 输入缓冲寄存器：接收设备送来的数据，CPU 通过读操作取走；
  • 输出缓冲寄存器：接收 CPU 送来的数据，设备空闲时取走；
  • 状态寄存器：存放外设运行状态，供 CPU 查询；
  • 控制寄存器：存放 CPU 设置的工作方式命令。

（3）并行通信接口的基本输入 / 输出工作过程

  • 输入过程：外设把并行数据放到数据总线上并使「数据输入准备好」选通信号有效，数据进入输入缓冲器；接口使「数据输入应答」有效作为响应；外设撤销输入数据和选通信号；接口在状态寄存器置「输入准备好」位（也可发中断请求）；CPU 用查询或中断方式读走数据后，接口清除该状态位并使数据总线高阻，传送结束；
  • 输出过程：外设取走数据后，接口置「输出准备好」状态位（也可发中断）；CPU 用查询或中断方式输出数据到输出缓冲器，接口清除该状态位并把数据送往外设、发「启动信号」；外设接收后发「数据输出应答」；接口重新置「输出准备好」位，等待下一个数。

记忆点：本节是概念地基。记住 4 组对照——并行 vs 串行（线数 / 成本 / 距离）、同步 vs 异步（有无共用时钟、帧结构）、单工 / 半双工 / 全双工（方向能力），以及 UART 的 3 种错误标志（PE/FE/OE）。波特率与比特率的区分是高频考点，务必分清。

二、STM32 的异步串行通信接口

2.1 STM32 异步串行通信接口简介

STM32 集成了 3 个 USART（USART1~USART3）和 2 个 UART（UART4、UART5）。USART 提供一种灵活的方法与使用工业标准 NRZ（Non-return-to-zero Code，不归零编码）异步串行数据格式的外部设备做全双工数据交换；利用分数波特率发生器提供宽范围波特率选择，最高达 4.5 Mbit/s；支持同步单向通信、半双工单线通信、LIN（Local Interconnect Network，局部互连网）、智能卡协议、IrDA（Infrared Data Association，红外数据组织）SIR 规范、调制解调器（CTS/RTS）操作，以及多处理器通信；还可用多缓冲 DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）实现高速通信。

USART 主要特性：

  • 全双工异步通信，NRZ 标准格式；
  • 分数波特率发生器，最高 4.5 Mbit/s；
  • 可编程数据字长度（8 位或 9 位）；
  • 可配置停止位（1 或 2 个，另有 0.5/1.5 用于智能卡）；
  • LIN 主机发同步断开符、从机检测断开符能力；
  • 发送方为同步传输提供时钟；
  • IrDA SIR 编解码器；
  • 智能卡模拟（ISO7816-3）；
  • 单线半双工通信；
  • 可配置 DMA 多缓冲通信；
  • 独立的发送器 / 接收器使能位；
  • 检测标志：接收缓冲器满、发送缓冲器空、传输结束；
  • 校验控制；
  • 4 个错误检测标志：溢出、噪音、帧、校验；
  • 10 个带标志的中断源；
  • 多处理器通信（地址不匹配则进入静默模式），两种唤醒方式：地址位（第 9 位 MSB）或总线空闲。

2.2 STM32 的 USART 引脚重映射

通过软件设置复用重映射寄存器（AFIO_MAPR，Alternate Function I/O Remap Register，复用输入 / 输出重映射寄存器）中的 USART1_REMAP、USART2_REMAP 和 USART3_REMAP[1:0]，可以把 USART1~USART3 的功能引脚切换到备用引脚（功能引脚重映射）。

2.3 STM32 的 USART 接口结构

任何双向通信的 USART 至少通过 2 个引脚连接：接收数据输入（RX）和发送数据输出（TX）。

  • RX：接收数据串行输入，通过过采样技术区分数据和噪音以恢复数据；
  • TX：发送数据输出；发送器禁止时输出引脚恢复为 I/O 端口配置；发送器激活且不发送数据时，TX 处于高电平；单线 / 智能卡模式下该 I/O 同时用于收发。

USART 数据帧格式（异步）：总线空闲为高电平；一个起始位；一个数据字（8 或 9 位，LSB 在前）；0.5、1.5 或 2 个停止位标明帧结束；使用分数波特率发生器（12 位整数 + 4 位小数）；含状态寄存器（USART_SR）、数据寄存器（USART_DR）、波特率寄存器（USART_BRR，12 位整数 + 4 位小数）、保护时间寄存器（USART_GTPR）。

附加引脚（按需启用）：

  • 同步模式需要 CK（发送器时钟输出，类似 SPI 主模式）；
  • IrDA 模式需要 IrDA_RDI（数据输入）、IrDA_TDO（数据输出）；
  • 硬件流控制需要 nCTS（清除发送，高电平时在当前数据结束时阻断下次发送）、nRTS（发送请求，低电平时表明 USART 准备好接收）。

2.4 STM32 的 USART 特性

（1）数据格式

通过 USART_CR1 的 M 位选择字长 8 或 9 位。起始位期间 TX 为低电平，停止位期间为高电平。空闲符号是全部由 1 组成的一整个数据帧（含停止位）；断开符号是在一个帧周期内全部为 0（含停止位），结束时发送器再插入 1 或 2 个停止位应答起始位。发送和接收由公用波特率发生器驱动。

（2）发送器

当发送使能位（TE）置位时，发送移位寄存器数据在 TX 输出，相应时钟在 CK 输出。字符发送时，TX 上先移出数据最低位；USART_DR 内含内部总线与发送移位寄存器之间的缓冲器（TDR）；每个字符前有一个低电平起始位，后可配 0.5/1/1.5/2 个停止位。

字符发送配置步骤：

  1. 置位 USART_CR1 的 UE 位激活 USART；
  2. 编程 USART_CR1 的 M 位定义字长；
  3. 在 USART_CR2 中编程停止位数；
  4. 多缓冲通信则配置 USART_CR3 的 DMAT 位并按 DMA 要求配置 DMA 寄存器；
  5. 用 USART_BRR 选择要求波特率；
  6. 置位 USART_CR1 的 TE 位，发送一个空闲帧作为首次发送；
  7. 把待发数据写进 USART_DR（清除 TXE）；单缓冲时对每个数据重复此步；
  8. 写最后一个数据字后，等待 TC=1（最后一帧传输结束），再关闭 USART 或进停机模式，避免破坏最后一次传输。

单字节通信：写 USART_DR 清零 TXE 位；TXE 置位表示数据已从 TDR 移到移位寄存器、TDR 已空、可写下一个数据；若 TXEIE 置位则产生中断。一帧发完且 TXE 置位时 TC 置位，若 TCIE 置位则产生中断。TC 清除步骤：先读 USART_SR，再写 USART_DR；也可软件写 0 清除（推荐仅用于多缓冲模式）。

（3）接收器

起始位侦测：辨认出一个特殊采样序列才认为收到起始位；若 3 个采样点全为 0 则确认起始位并置 RXNE（若 RXNEIE=1 则中断）；若两次 3 采样点仅 2 个为 0，起始位仍有效但置 NE 噪声标志；不满足则退出侦测回到空闲。

字符接收配置步骤：

  1. 置位 USART_CR1 的 UE 激活 USART；
  2. 编程 M 位定义字长；
  3. 在 USART_CR2 编写停止位个数；
  4. 多缓冲则选 USART_CR3 的 DMAR 并配置 DMA；
  5. 用 USART_BRR 选波特率；
  6. 置位 USART_CR1 的 RE 激活接收器，开始寻找起始位。

收到字符时：RXNE 置位（移位寄存器内容转到 RDR）；若 RXNEIE 置位则中断；若检测到帧 / 噪音 / 溢出错误则置相应标志；单缓冲模式下由软件读 USART_DR 清除 RXNE（也可写 0 清除），且必须在下一字符接收结束前清零以免溢出。断开符号按帧错误处理；空闲帧按普通帧处理（IDLEIE 置位则中断）。

溢出错误：若 RXNE 未复位又收到字符则发生溢出（ORE 置位）；RDR 内容不丢（读 USART_DR 仍能得先前数据），但移位寄存器被覆盖、随后数据丢失；顺序读 USART_SR 和 USART_DR 可复位 ORE。

（4）分数波特率的产生

收发波特率由 USARTDIV 的整数和小数寄存器值决定，公式（f_CK 为外设时钟，USART1 用 PCLK2，USART2/3/4/5 用 PCLK1）：

波特率 = f_CK / (16 × USARTDIV) USARTDIV = DIV_Mantissa + DIV_Fraction / 16

USART_BRR 寄存器：高 12 位（位 15:4）为 DIV_Mantissa（整数），低 4 位（位 3:0）为 DIV_Fraction（小数）。写入 BRR 后波特率计数器被新值替换，因此通信进行中不要改 BRR。

例：若 USART_BRR = 0x1BC，则 DIV_Mantissa = 27、DIV_Fraction = 12，USARTDIV = 27 + 12/16 = 27.75。

（5）多处理器通信

多个 USART 可连成一个网络：某个 USART 作主，其 TX 接各从机 RX；从机 TX 逻辑或在一起接主机 RX。未被寻址的设备可启用静默功能（RWU 位置 1，任何接收状态位不置、所有接收中断禁止）减少服务开销。退出 / 进入静默模式由 WAKE 位决定：

  • WAKE=0（空闲总线检测）：RWU 写 1 进入静默；检测到空闲帧时唤醒，RWU 硬件清零（此时 IDLE 位不置起）；
  • WAKE=1（地址标记检测）：MSB 为 1 表示地址字节，否则为数据字节；地址字节中目标地址放 4 个 LSB，与接收器在 USART_CR2 的 ADD 中编程的地址比较。不匹配则进入静默（硬件置 RWU）；匹配则退出静默（RWU 清零），随后字节正常接收并置 RXNE。

（6）校验控制

置位 USART_CR1 的 PCE 位使能奇偶控制：发送时数据最高位被校验位替换后发出；接收校验失败则置 PE 标志或产生中断。

2.5 STM32 的 USART 中断请求

USART 的各种中断事件连接到同一个中断向量，可产生以下中断：

  • 发送：发送完成、清除发送、发送数据寄存器空；
  • 接收：空闲总线检测、溢出错误、接收数据寄存器非空、校验错误、LIN 断开符检测、噪音标志（仅多缓冲）、帧错误（仅多缓冲）。

记忆点：本节是本章核心。USART 内部就是「波特率发生器 + 发送器（TDR/移位寄存器）+ 接收器（移位寄存器/RDR）+ 控制 / 状态寄存器」的组合。必须吃透：帧格式（起始 / 数据 / 停止）、发送与接收的 6~8 步配置、TXE/TC/RXNE 三个关键标志的含义与清除、分数波特率公式（BRR = 整数 + 小数/16），以及多处理器静默唤醒两种机制。

三、STM32 的 USART 寄存器

USART 寄存器起始地址：USART1 为 0x4001_3800，USART2 为 0x4000_4400，USART3 为 0x4000_4800，UART4 为 0x4000_4C00，UART5 为 0x4000_5000。高 16 位为保留位（强置 0），可用半字（16 位）或字（32 位）操作。7 个寄存器如下：

序号寄存器地址偏移复位值作用
1USART_SR0x000x00C0状态寄存器（TXE/TC/RXNE/错误标志等）
2USART_DR0x04不确定数据寄存器（收 / 发共用）
3USART_BRR0x080x0000波特率寄存器（12 位整数 + 4 位小数）
4USART_CR10x0C0x0000控制寄存器 1（UE/TE/RE/M/PCE 等）
5USART_CR20x100x0000控制寄存器 2（停止位 / ADD 等）
6USART_CR30x140x0000控制寄存器 3（DMA / 硬件流控等）
7USART_GTPR0x180x0000保护时间和预分频寄存器（智能卡模式）

四、STM32 的 USART 固件库函数

4.1 USART 寄存器结构与基地址

USART_TypeDef在stm32f10x.h中定义，按 SR/DR/BRR/CR1/CR2/CR3/GTPR 顺序，中间穿插保留字（因 32 位对齐）。外设基地址声明：USART1 在 APB2（偏移 0x3800），USART2/3 在 APB1（偏移 0x4400/0x4800），并通过USART1、USART2、USART3指针访问。

4.2 常用的固件库函数

（1）USART_Init

voidUSART_Init(USART_TypeDef*USARTx,USART_InitTypeDef*USART_InitStruct);

按USART_InitStruct初始化 USARTx（x 可为 1~3、UART4、UART5）。初始化结构体：

typedefstruct{u32 USART_BaudRate;// 波特率，如 9600、19200u16 USART_WordLength;// 字长：USART_WordLength_8b / _9bu16 USART_StopBits;// 停止位u16 USART_Parity;// 奇偶校验u16 USART_Mode;// 收发使能u16 USART_HardwareFlowControl;// 硬件流控制}USART_InitTypeDef;

成员含义：

  • USART_BaudRate：波特率，直接写 9600 等即可（库内按IntegerDivider = APBClock/(16*BaudRate)、FractionalDivider = (IntegerDivider − 取整)*16 + 0.5计算并填入 BRR）；
  • USART_WordLength：USART_WordLength_8b或_9b；
  • USART_StopBits：_1、_0.5、_2、_1.5；
  • USART_Parity：_No（无）、_Even（偶）、_Odd（奇）；
  • USART_Mode：USART_Mode_Tx、USART_Mode_Rx，可「或」组合；
  • USART_HardwareFlowControl：_None、_RTS、_CTS、_RTS_CTS。

USART1 典型初始化：

USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);

（2）USART_ITConfig

voidUSART_ITConfig(USART_TypeDef*USARTx,u16 USART_IT,FunctionalState NewState);

使能 / 除能指定 USART 中断。USART_IT可取USART_IT_PE、USART_IT_TXE、USART_IT_TC、USART_IT_RXNE、USART_IT_IDLE、USART_IT_LBD、USART_IT_CTS、USART_IT_ERR的一个或多个组合。例：USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE | USART_IT_RXNE, ENABLE)。

（3）USART_Cmd

voidUSART_Cmd(USART_TypeDef*USARTx,FunctionalState NewState);

使能 / 除能 USART 外设。例：USART_Cmd(USART1, ENABLE)。

（4）USART_SendData

voidUSART_SendData(USART_TypeDef*USARTx,u16 Data);

发送单个数据。例：USART_SendData(USART1, 0x25);

（5）USART_ReceiveData

u16USART_ReceiveData(USART_TypeDef*USARTx);

返回 USARTx 最近接收到的数据。例：RxData = USART_ReceiveData(USART1);

（6）USART_GetFlagStatus

FlagStatusUSART_GetFlagStatus(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_FLAG);

检查标志位（读 SR），返回 SET/RESET。USART_FLAG可取USART_FLAG_CTS、USART_FLAG_LBD、USART_FLAG_TXE、USART_FLAG_TC、USART_FLAG_RXNE、USART_FLAG_IDLE、USART_FLAG_ORE、USART_FLAG_NE、USART_FLAG_FE、USART_FLAG_PE。例：USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)。

（7）USART_ClearFlag

voidUSART_ClearFlag(USART_TypeDef*USARTx,uint16_tUSART_FLAG);

清除标志位。例：USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC)。

（8）USART_GetITStatus

ITStatusUSART_GetITStatus(USART_TypeDef*USARTx,u16 USART_IT);

检查指定中断是否发生，返回 RESET/SET。例：USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)。

（9）USART_ClearITPendingBit

voidUSART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef*USARTx,u16 USART_IT);

清除中断待处理位。例：USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE)。

记忆点：库函数把寄存器操作封装成「结构体 + 一组 API」。实际用串口只要记住一条主线：USART_Init配参数 →USART_ITConfig开中断 →USART_Cmd使能 → 用USART_SendData/USART_ReceiveData收发、用USART_GetFlagStatus/GetITStatus查状态、ClearFlag/ClearITPendingBit清标志。

五、STM32 的 USART 使用举例

USART 一般采用中断方式，步骤为：

  1. 串口时钟使能（对应 GPIO 时钟也要使能）；
  2. GPIO 端口模式设置：TX 设为GPIO_Mode_AF_PP（复用推挽）、GPIO_Speed_50MHz；RX 设为GPIO_Mode_IN_FLOATING（悬空输入）；
  3. 调用USART_Init初始化（波特率、字长、校验、流控、收发使能）；
  4. 调用USART_ITConfig开串口中断，调用NVIC_Init初始化 NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器）；
  5. USART_Cmd使能串口；
  6. 编写中断服务函数。

例 9-1：利用 STM32 最小系统板实现 STM32F103VET6 串口 1 与计算机串行通信。计算机通过串口助手发一个数据到 STM32，STM32 收到后按位取反回送。通信参数 9600, n, 8, 1（9600 波特、无校验、8 数据位、1 停止位）。

#include"stm32f10x.h"voidNVIC_Config(void);intmain(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;// 使能 PA 口和 USART1 时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);// 配置 USART1_TX (PA9) 复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);// 配置 USART1_RX (PA10) 悬空输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);// USART1 参数设置USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);USART_Cmd(USART1,ENABLE);// 使能中断USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE);USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_TC);NVIC_Config();while(1);}voidNVIC_Config(void){NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}voidUSART1_IRQHandler(void){u8 recdata;if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET){recdata=USART_ReceiveData(USART1);// 接收一个字节USART_SendData(USART1,~recdata);// 按位取反回送}if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_TC)!=RESET){// 发送完成处理（此处留空）}}

说明：课件原文在例 9-1 处代码分散在多页，且含一处笔误USART_WoedLength（应为USART_WordLength），上面已按 4.2 结构体定义校正并整合为完整可编译框架。

六、STM32 的 SPI 接口

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工、同步的通信总线。本章仅作引出，后续章节会展开其引脚、时钟极性与相位、数据传输等内容。

本章小结与思考题

核心知识地图：

  1. 通信的有关概念（并行 vs 串行、同步 vs 异步、波特率与比特率、单工 / 半双工 / 全双工、串行接口 4 部分组成与工作原理、UART 三种错误标志、并行接口组成与输入输出过程）；
  2. STM32 的异步串行通信接口（3 USART + 2 UART、引脚重映射、接口结构与帧格式、特性与收发配置、分数波特率、多处理器通信与静默唤醒、校验控制、中断请求）；
  3. STM32 的 USART 寄存器（5 个端口起始地址、7 个寄存器及偏移）；
  4. STM32 的 USART 固件库函数（USART_TypeDef、USART_InitTypeDef六成员、9 个常用 API）；
  5. STM32 的 USART 使用举例（中断方式 6 步、例 9-1 串口 1 回环取反）；
  6. STM32 的 SPI 接口（高速全双工同步总线简介）。

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