如何实现USART串口通信

　　串口通讯（Serial Communication）是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，大部分电子设备都支持该通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。

　　在计算机科学里，大部分复杂的问题都可以通过分层来简化。如芯片被分为内核层和片上外设；STM32标准库则是在寄存器与用户代码之间的软件层。对于通讯协议，我们也以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。

　　物理层：

　　串口通讯的物理层有很多标准及变种，我们主要讲解 RS-232 标准 ，RS-232标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。

　　在上面的通讯方式中，两个通讯设备的“DB9 接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用“RS-232 标准”传输数据信号。由于 RS-232 电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个“电平转换芯片”转换成控制器能识别的“TTL校准”的电平信号，才能实现通讯。

　　在目前的其它工业控制使用的串口通讯中，一般只使用 RXD、TXD以及 GND 三条信号线，直接传输数据信号。而 RTS、CTS、DSR、DTR 及 DCD 信号都被裁剪掉了。

　　协议层：

　　串口通讯的数据包由发送设备通过自身的 TXD接口传输到接收设备的 RXD 接口。在串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。

　　串口异步通讯，异步通讯中由于没有时钟信号（如前面讲解的 DB9接口中是没有时钟信号的），所以两个通讯设备之间需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码，上图中的每一格就是代表一个码元。常见的波特率为 4800、9600、115200等。

　　串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑 0的数据位表示，而数据包的停止信号可由 0.5、1、1.5或 2个逻辑 1的数据位表示，只要双方约定一致即可。

　　在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为 5、6、7或 8位长。

　　在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验（odd）、偶校验（even）、0校验（space）、1校验（mark）以及无校验（noparity）。上图就是无校验位的数据帧，在我日常使用中通常都配置成无校验的模式。

　　STM32芯片具有多个USART外设用于串口通讯，它是Universal SynchronousAsynchronous Receiver and Transmitter的缩写，即通用同步异步收发器可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。有别于 USART，它还有具有 UART 外设（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），它是在 USART基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。