一、通用同步异步收发器 (USART)

1.USART 简介

??通用同步异步收发器 (USART)能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换，满足外部设备对工业标准 NRZ异步串行数据格式的要求。USART通过小数波特率发生器提供了多种波特率。
??它支持同步单向通信和半双工单线通信，还支持LIN（局域互连网络）、智能卡协议与 IrDA（红外线数据协会）SIR ENDEC 规范，以及调制解调器操作 (CTS/RTS)。而且，它还支持多处理器通信。
??通过配置多个缓冲区使用DMA可实现高速数据通信。

2.USART 功能说明

??接口通过三个引脚从外部连接到其它设备。任何USART 双向通信均需要至少两个引脚：接收数据输入引脚 (RX)和发送数据引脚输出 (TX)：

??RX：接收数据输入引脚就是串行数据输入引脚。过采样技术可区分有效输入数据和噪声，从而用于恢复数据。

??TX：发送数据输出引脚。如果关闭发送器，该输出引脚模式由其 I/O 端口配置决定。如果使能了发送器但没有待发送的数据，则TX 引脚处于高电平。在单线和智能卡模式下，该 I/O用于发送和接收数据（USART 电平下，随后在SW_RX上接收数据）。

正常USART模式下，通过这些引脚以帧的形式发送和接收串行数据：

发送或接收前保持空闲线路
起始位
数据(字长 8 位或 9 位)，最低有效位在前
用于指示帧传输已完成的 0.5 个、1 个、1.5 个、2 个停止位
该接口使用小数波特率发生器 - 带 12 位尾数和 4 位小数
状态寄存器 (USART_SR)
数据寄存器 (USART_DR)
波特率寄存器 (USART_BRR) - 12 位尾数和 4 位小数
智能卡模式下的保护时间寄存器 (USART_GTPR)

在同步模式下连接时需要以下引脚：

SCLK： 发送器时钟输出。该引脚用于输出发送器数据时钟，以便按照 SPI 主模式进行同步发送（起始位和结束位上无时钟脉冲，可通过软件向最后一个数据位发送时钟脉冲）。RX上可同步接收并行数据。这一点可用于控制带移位寄存器的外设（如 LCD 驱动器）。时钟相位和极性可通过软件编程。在智能卡模式下，SCLK 可向智能卡提供时钟。
nCTS： “清除以发送”用于在当前传输结束时阻止数据发送（高电平时）
nRTS：“请求以发送”用于指示 USART 已准备好接收数据（低电平时）

3.USART框图

在这里插入图片描述

二、基于HAL库实现串口通信

1.工程创建

（1）新建工程
选择New Project
在这里插入图片描述
选择芯片型号，并创建工程

（2）设置RCC

设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源

（3）设置串口
在这里插入图片描述

1.点击USATR1
2.设置MODE为异步通信(Asynchronous) 。
3.基础参数：波特率为115200 Bits/s。传输数据长度为8 Bit，无校验位，1位停止位 ，接收和发送都使能。
4.GPIO引脚设置 USART1_RX/USART_TX。
5.NVIC Settings一栏使能接收中断

（4）项目文件设置
在这里插入图片描述

1 设置项目名称
2 设置存储路径
3 选择所用IDE

（5）创建工程文件
在这里插入图片描述
然后点击GENERATE CODE创建工程，完成创建。

2. HAL库UART函数库介绍

UART结构体定义

UART_HandleTypeDef huart1;

UART的名称定义，这个结构体中存放了UART所有用到的功能，后面的别名就是我们所用的uart串口的别名，默认为huart1，可以自行修改。
在这里插入图片描述
串口发送/接受函数

HAL_UART_Transmit();串口发送数据，使用超时管理机制
HAL_UART_Receive();串口接收数据，使用超时管理机制
HAL_UART_Transmit_IT();串口中断模式发送
HAL_UART_Receive_IT();串口中断模式接收
HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式发送
HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式接收

串口发送数据：

HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

功能：串口发送指定长度的数据。如果超时没发送完成，则不再发送，返回超时标志（HAL_TIMEOUT）。

参数：

UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名 如 : UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1 。
*pData 需要发送的数据
Size 发送的字节数
Timeout 最大发送时间，发送数据超过该时间退出发送

举例：

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)ZZX, 3, 0xffff);   //串口发送三个字节数据，最大传输时间0xffff

3.USART接收与发送

在 stm32f4xx_hal.c中包含#include <stdio.h>

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include <stdio.h>
extern UART_HandleTypeDef huart1;   //声明串口

在stm32f4xx_hal.c 中重写fget和fput函数

/**
  * 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}
 
/**
  * 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx
  */
int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

重写后便可以使用printf()函数和Scanf()，getchar()函数

修改main.c

int main(void)
{

	HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	MX_GPIO_Init();
	MX_USART1_UART_Init();

	while (1)
	{
		printf(" Hello Windows \r\n");
		HAL_Delay(1000);
	}

}