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一、USART簡介
通用同步異步收發器(USART)提供了一種靈活的方法與使用工業標准NRZ異步串行數據格式的外部設備之間進行全雙工數據交換。USART利用分數波特率發生器提供寬范圍的波特率選擇。
STM32 的串口資源相當豐富的，功能也相當強勁。STM32F103ZET6 最多可提供 5 路串口，有分數波特率發生器，支持同步單向通信和半雙工單線通信，支持LIN(局部互連網)，智能卡協議和IrDA(紅外數據組織)SIR ENDEC規范，以及調制解調器(CTS/RTS)操作。它還允許多處理器通信。使用多緩沖器配置的DMA方式，可以實現高速數據通信。
二、USART功能概述
接口通過三個引腳與其他設備連接在一起。任何USART雙向通信至少需要兩個腳：接收數據輸入(RX)和發送數據輸出(TX)。
RX：接收數據串行輸。通過過采樣技術來區別數據和噪音，從而恢復數據。
TX：發送數據輸出。當發送器被禁止時，輸出引腳恢復到它的I/O端口配置。當發送器被激活，並且不發送數據時，TX引腳處於高電平。在單線和智能卡模式里，此I/O口被同時用於數據的發送和接收。
串口外設主要由三個部分組成，分別是波特率的控制部分、收發控制部分及數據存儲轉移部分。
1、波特率控制
波特率，即每秒傳輸的二進制位數，用 b/s (bps)表示，通過對時鍾的控制可以改變波特率。在配置波特率時，我們向波特比率寄存器 USART_BRR 寫入參數，修改了串口時鍾的分頻值 USARTDIV。USART_BRR 寄存器包括兩部分，分別是 DIV_Mantissa(USARTDIV 的整數部分)和 DIVFraction(USARTDIV的小數)部分，最終，計算公式為：
USARTDIV=DIV_Mantissa+(DIVFraction/16)。
2、分數波特率的產生
接收器和發送器的波特率在USARTDIV的整數和小數寄存器中的值應設置成相同。
Tx / Rx 波特率 ＝fCK/(16*USARTDIV)
這里的fCK是給外設的時鍾(PCLK1用於USART2、3、4、5，PCLK2用於USART1) USARTDIV是一個無符號的定點數。這12位的值設置在USART_BRR寄存器。
注： 在寫入USART_BRR之后，波特率計數器會被波特率寄存器的新值替換。因此，不要在通信進行中改變波特率寄存器的數值。
USARTDIV 是對串口外設的時鍾源進行分頻的，對於 USART1，由於它是掛載在 APB2 總線上的，所以它的時鍾源為 fPCLK2；而 USART2、3 掛載在APB1 上，時鍾源則為 fPCLK1，串口的時鍾源經過 USARTDIV 分頻后分別輸出作為發送器時鍾及接收器時鍾，控制發送和接收的時序。
3、收發控制
圍繞着發送器和接收器控制部分，有好多個寄存器：CR1、CR2、CR3、SR，即 USART 的三個控制寄存器(Control Register)及一個狀態寄存器(Status Register)。通過向寄存器寫入各種控制參數，來控制發送和接收，如奇偶校驗位，停止位等，還包括對 USART 中斷的控制；串口的狀態在任何時候都可以從狀態寄存器中查詢得到。具體的控制和狀態檢查，我們都是使用庫函數來實現的，在此就不具體分析這些寄存器位了。
4、數據存儲轉移部分
收發控制器根據我們的寄存器配置，對數據存儲轉移部分的移位寄存器進行控制。
當我們需要發送數據時，內核或 DMA 外設(一種數據傳輸方式，在下一章介紹)把數據從內存(變量)寫入到發送數據寄存器 TDR 后，發送控制器將適時地自動把數據從 TDR 加載到發送移位寄存器，然后通過串口線 Tx，把數據一位一位地發送出去，在數據從 TDR 轉移到移位寄存器時，會產生發送寄存器TDR 已空事件 TXE，當數據從移位寄存器全部發送出去時，會產生數據發送完成事件 TC，這些事件可以在狀態寄存器中查詢到。
而接收數據則是一個逆過程，數據從串口線 Rx 一位一位地輸入到接收移位寄存器，然后自動地轉移到接收數據寄存器 RDR，最后用內核指令或 DMA讀取到內存(變量)中。
三、串口設置
對於復用功能的 IO，我們首先要使能 GPIO 時鍾，然后使能復用功能時鍾，同時要把 GPIO 模式設置為復用功能對應的模式，串口參數的初始化設置，包括波特率，停止位等等參數。在設置完成后就是使能串口。同時，如果開啟了串口的中斷，當然要初始化 NVIC 設置中斷優先級別，最后編寫中斷服務函數。
串口設置的一般步驟可以總結為如下幾個步驟：
1) 串口時鍾使能，GPIO 時鍾使能
2) 串口復位
3) GPIO 端口模式設置
4) 串口參數初始化
5) 開啟中斷並且初始化 NVIC（如果開啟中斷才需要這個步驟）
6) 使能串口
7) 編寫中斷處理函數
與串口基本配置直接相關的幾個固件庫函數。這些函數和定義主要分布在 stm32f10x_usart.h 和 stm32f10x_usart.c 文件中。
1、串口時鍾使能。
串口是掛載在 APB2 下面的外設，所以使能函數為：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1)；
2、串口復位。
當外設出現異常的時候可以通過復位設置，實現該外設的復位，然后重新配置這個外設達到讓其重新工作的目的。一般在系統剛開始配置外設的時候，都會先執行復位該外設的操作。復位的是在函數 USART_DeInit()中完成：
void USART_DeInit(USART_TypeDef* USARTx);//串口復位
比如要復位串口 1，方法為：
USART_DeInit(USART1); //復位串口 1
3、串口參數初始化。
串口初始化是通過 USART_Init()函數實現的，
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)；
這個函數的第一個入口參數是指定初始化的串口標號，這里選擇 USART1。第二個入口參數是一個 USART_InitTypeDef 類型的結構體指針，這個結構體指針的成員變量用來設置串口的一些參數。一般的實現格式為：
1 USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; //一般設置為 9600; 2 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為 8 位數據格式 3 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一個停止位 4 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //無奇偶校驗位 5 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl 6 = USART_HardwareFlowControl_None; //無硬件數據流控制 7 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發模式 8 USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
從上面的初始化格式可以看出初始化需要設置的參數為：波特率，字長，停止位，奇偶校驗位，硬件數據流控制，模式（收，發）。我們可以根據需要設置這些參數。
4、數據發送與接收。
STM32 的發送與接收是通過數據寄存器 USART_DR 來實現的，這是一個雙寄存器，包含了 TDR 和 RDR。當向該寄存器寫數據的時候，串口就會自動發送，當收到數據的時候，也是存在該寄存器內。
STM32 庫函數操作 USART_DR 寄存器發送數據的函數是：
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
通過該函數向串口寄存器 USART_DR 寫入一個數據。
STM32 庫函數操作 USART_DR 寄存器讀取串口接收到的數據的函數是：
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
通過該函數可以讀取串口接受到的數據。
5、串口狀態。
串口的狀態可以通過狀態寄存器 USART_SR 讀取。 USART_SR 的各位描述如圖 1 所示：
圖1 USART_SR寄存器各位描述
關注一下兩個位，第 5、6 位 RXNE 和 TC。
RXNE（讀數據寄存器非空），當該位被置 1 的時候，就是提示已經有數據被接收到了，並且可以讀出來了。這時候我們要做的就是盡快去讀取 USART_DR，通過讀 USART_DR 可以將該位清零，也可以向該位寫 0，直接清除。
TC （發送完成），當該位被置位的時候，表示 USART_DR 內的數據已經被發送完成了。如果設置了這個位的中斷，則會產生中斷。該位也有兩種清零方式：1）讀 USART_SR，寫USART_DR。2）直接向該位寫 0。
在我們固件庫函數里面，讀取串口狀態的函數是：
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG)；
這個函數的第二個入口參數非常關鍵，它是標示要查看串口的哪種狀態，比如上面講解的RXNE(讀數據寄存器非空)以及 TC(發送完成)。例如要判斷讀寄存器是否非空(RXNE)，操作庫函數的方法是：
USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE);
要判斷發送是否成(T完C)，操作庫函數的方法是：
USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC);
以上這些標識號在 MDK 里面是通過宏定義定義的：
1 #define USART_IT_PE ((uint16_t)0x0028) 2 #define USART_IT_TXE ((uint16_t)0x0727) 3 #define USART_IT_TC ((uint16_t)0x0626) 4 #define USART_IT_RXNE ((uint16_t)0x0525) 5 #define USART_IT_IDLE ((uint16_t)0x0424) 6 #define USART_IT_LBD ((uint16_t)0x0846) 7 #define USART_IT_CTS ((uint16_t)0x096A) 8 #define USART_IT_ERR ((uint16_t)0x0060) 9 #define USART_IT_ORE ((uint16_t)0x0360) 10 #define USART_IT_NE ((uint16_t)0x0260) 11 #define USART_IT_FE ((uint16_t)0x0160)
6、串口使能。
串口使能是通過函數 USART_Cmd()來實現的，這個很容易理解，使用方法是：
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口
7、開啟串口響應中斷。
有些時候當還需要開啟串口中斷，那么還需要使能串口中斷，使能串口中斷的函數是：
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT,
FunctionalState NewState)
這個函數的第二個入口參數是標示使能串口的類型，也就是使能哪種中斷，因為串口的中斷類型有很多種。 比如在接收到數據的時候（RXNE 讀數據寄存器非空），要產生中斷，那么開啟中斷的方法是：
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟中斷，接收到數據中斷
在發送數據結束的時候（TC，發送完成）要產生中斷，那么方法是：
USART_ITConfig(USART1，USART_IT_TC，ENABLE);
8、獲取相應中斷狀態。當我們使能了某個中斷的時候，當該中斷發生了，就會設置狀態寄存器中的某個標志位。 經常我們在中斷處理函數中，要判斷該中斷是哪種中斷，使用的函數是：
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
比如使能了串口發送完成中斷，那么當中斷發生了， 便可以在中斷處理函數中調用這個函數來判斷到底是否是串口發送完成中斷，方法是：
USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC);
返回值是 SET，說明是串口發送完成中斷發生。
四、uart_init（）函數
介紹 uart_init 函數，該函數代碼如下：
1 //初始化 GPIO 和 串口 1
2 //bound:波特率
3 void uart_init(u32 bound)
4 {
5 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
6 USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
7 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
8 //①串口時鍾使能，GPIO 時鍾使能，復用時鍾使能
9 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|
10 RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 USART1,GPIOA 時鍾
11 //②串口復位
12 USART_DeInit(USART1); //復位串口 1
13 //③GPIO 端口模式設置
14 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //ISART1_TX PA.9
15 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
16 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //復用推挽輸出
17 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.9
18 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; //USART1_RX PA.10
19 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空輸入
20 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.10
21 //④串口參數初始化
22 USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; //波特率設置
23 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字長為 8 位
24 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一個停止位
25 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //無奇偶校驗位
26 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl
27 = USART_HardwareFlowControl_None; //無硬件數據流控制
28 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收發模式
29 USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
30 #if EN_USART1_RX //如果使能了接收
31 //⑤初始化 NVIC
32 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
33 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ; //搶占優先級 3
34 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子優先級 3
35 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道使能
36 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //中斷優先級初始化
37 //⑤開啟中斷
38 USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //開啟中斷
39 #endif
40 //⑥使能串口
41 USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口
42 }
從該代碼可以看出，其初始化串口的過程，和我們前面介紹的一致。我們用標號①~⑥標示了順序：
① 串口時鍾使能，GPIO 時鍾使能
② 串口復位
③ GPIO 端口模式設置
④ 串口參數初始化
⑤ 初始化 NVIC 並且開啟中斷
⑥ 使能串口
五、
1、配置全雙工的串口 1
TX(PA9)管腳需要配置為推挽復用輸出；
RX(PA10)管腳配置為浮空輸入或者帶上拉輸入。
模式配置參考下面表1：
表1 串口 GPIO 模式配置表
2、需要注意一點，如果使用到了串口的中斷接收，必須在 usart.h 里面設置EN_USART1_RX 為 1（默認設置就是 1 的） 。該函數才會配置中斷使能，以及開啟串口 1 的NVIC 中斷。這里把串口 1 中斷放在組 2，優先級設置為組 2 里面的最低。
接下來還要編寫中斷服務函數。串口 1 的中斷服務函數 USART1_IRQHandler 。
3、重點看下mian()函數中的以下兩句：
USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]); //向串口 1 發送數據
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);
第一句，其實就是發送一個字節到串口。第二句呢，就是我們在我們發送一個數據到串口之后，要檢測這個數據是否已經被發送完成了。 USART_FLAG_TC 是宏定義的數據發送完成標識符。