USART是Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter的英文缩写，意为通用同步/异步串行接收/发送器。它也是单片机中最常用通信方式之一。
常用于单片机与上位机、蓝牙模块、GPS模块等设备的数据传输。
与USART相似的还有一个叫做UART的通信方式，即通用异步串行接收/发送器。所不同的是其只能进行异步通信。
同步与异步通信的区别在于是否有无时钟信号。前面讲过的IIC与SPI都有时钟线，进行传输时，需要通过时钟线使通信双方保持时序一致。
而异步通信则不需要时钟线，发送方按照设定的速率发送数据，接收方按照相同的速率接收数据。所以为了接线简单，很多时候都是使用异步通信，本文也是以异步通信来讲解USART的基本用法。
在UART通信中，发送方发完数据后并不会管接收方是否收到正确的数据，接受方仅仅通过数据校验来确认数据位是否有误。
所以为了让异步通讯顺利进行，通信双方必须保证一致的通信参数：波特率、数据位，停止位数、校验方式。
波特率：
波特（Baud）即调制速率，指的是有效数据讯号调制载波的速率，即单位时间内载波调制状态变化的次数。波特率表示单位时间内传送的码元符号的个数，它是对符号传输速率的一种度量，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，波特率即指一个单位时间内传输符号的个数。它是对符号传输速率的一种度量，其值越大，代表传输速率越快。
注意其与比特率的区别，这是两个不同的概念。他们之间的关系为：
式中I为数据量，S为波特率，N为每个符号的数据量。
例如：
波特率为9600，一个符号有10位的数据位，则N=，计算出来的结果就是96000bit/s.
数据位：
数据位即一个符号或者说一个数据帧所携带的有效数据位数。STM32有8位与9位两种可供选择，一般情况下使用8位较多，因为8个bit正好等于一个Byte，进行数据处理时要方便一些。其数据按照低位在前，高位在后的顺序排列。
停止位数：
数据位后面会紧接着一个停止位，作为该符号的结束标志。STM32有4种停止位可供选择，会发现其停止位会有非整数的情况，例如1.5个停止位，其实这是指停止位电平的维持时间为1.5倍的单位时间。一般使用1个停止位较多。
校验方式：
上文说过，异步通信中，数据发送方发完数据后并不会管接收方是否收到正确的数据，那接受方如何知道收的数据是正确的呢？这就是通过校验位来判断。
其原理就是根据传输的数据位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验。比如奇校验，即接收端收到这组数据时，校验“1”的个数是否为奇数来确定校验位的状态。
假设有一组数据为10101100，其中1的个数为4。4为偶数，如果采用奇校验，则校验位为1，最后的数据为10101100（1）；若采用偶校验，则校验位为0，最后的数据为10101100（0）。可以发现，增加校验位之后，奇校验位数下为1的个数为奇数了，偶校验下为偶数。
除了奇偶校验，还可以设为无校验，即不进行任何校验。
可以发现，这种校验方式存在很大的局限性，首先无法确认是哪些位的数据有误，另外如果同时有两位数据出错，则也会被接收方判定为正确的数据，当然这是概率的问题。
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上面四个参数是进行串口通信必须设置的。接下来以STM32F103C8T6与电脑上位机（串口调试工具）进行数据传输来具体讲解STM32的USART用法。
STM32F103C8T6共有三个USART接口，如下
其中只有USART1带有CLK时钟线，另外两个则不带，所以只有USART1支持异步通信，当然也支持同步通信。
再来看看其时钟总线,如下：
USART1挂在APB2时钟总线下，其时钟频率为72MHz，而USART2和USART3挂在APB1总线下，时钟频率36MHz。所以USART1能比另外两路达到更高的通信速率。
这里我就使用USART1与电脑的串口调试助手进行数据的发送与接收。
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电脑与STM32的硬件连接
如果使用的是台式机，需要找到主机背面的DB9接口，找到其RXD与TXD的引脚，然后将电脑的RXD与单片机的TXD相连，电脑的TXD与单片机的RXD相连，最后还要将两端的GND相连。
DB9阵脚定义如下：
如果使用的是笔记本电脑，是不带DB9接口的，所以就需要USB转TTL的工具。这样就能通过笔记本电脑的USB接口与STM32进行串口通信了。
USB转TTL常用CH340这款芯片。
CH340有很多规格，其引脚定义 如下。
下面是CH340N的实际应用电路。制作电路板时，可将该芯片和单片机一起放PCB上。
如果不想把CH340放在板子上，或者只有一个STM32裸板，则需要一个USB转TTL的模块，该模块的核心还是CH340。使用时，将该模块插电脑的USB口，然后找到模块的GND、RXD和TXD，按照前面DB9的方式与单片机的引脚相连即可。
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软件部分
电脑端我们需要一个串口调试工具。串口调试工具网上有很多，使用方法基本一样。这里我使用的是正点原子的XCOM，其界面如下。
其使用很简单，设置好通信参数后打开串口。在数据发送区输入想要发送的数据，点击“发送”即可。电脑串口接收到的数据会显示在数据接收区。
发送与接收的数据都可以16进制数显示，勾选“16进制发送/显示”即可。
“白底黑字”可设置窗口背景色。RTS（Request To Send）与DTR（Data Terminal Ready）一般可不勾选。
除了单条数据手动发送，还可以设置成单条或者多条自动发送。
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接下来就以一个简单的功能来讲解如何使用USART：STM32将串口接收到的数据原封不动地发送回去。
1.USART初始化
void USART_Userinit(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //打开GPIOA时钟总线
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //设置PA9为复用推挽输出（TX）
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; //设置PA10为浮空输入（RX）
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; //初始化USART1
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; //波特率设为115200
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //数据位8位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位1位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //校验方式：无校验
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx| USART_Mode_Rx ; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
USART_Cmd(USART1,ENABLE); //使能USART1
USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE, ENABLE); //使能USART1接收中断
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //USART1中断初始化
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}下面是带注释的
首先是对USART1的IO口进行初始化。TX为数据发送，设置为推挽输出，RX为数据接收，设置为浮空输入。
然后是USART1的初始化。与IIC、SPI的方式一样，定义一个参数配置结构体并打开其对应的时钟总线，然后给结构体里成员赋值，再调用初始化函数即可完成USART的初始化。
其需要设置的参数如上面介绍的一样，具体可查阅STM32标准库手册，
然后还需启用USART1的接收中断，当STM32接收到数据则会跳至中断函数。
USART的中断源有很多，可根据需要灵活使用。
所以还需要对中断进行初始化。关于中断的用法，以后再做详细介绍。
2，主函数
主函数可以写的很简单，为了直观知道单片机是在执行主函数还是中断函数，特意使用了一个指示灯，由PC13控制，先对其进行初始化。
void GPIO_UserInit(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
}当cpu在执行main主函数时，指示灯快闪；当执行中断函数时，指示灯慢闪。
所以得到主函数如下：
#include<stm32f10x.h>
#include<stm32f10x_gpio.h>
#include<stm32f10x_rcc.h>
#include<stm32f10x_usart.h>
int main(void)
{
USART_Userinit( ); //调用USART初始化函数
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置中断优先级分2组
GPIO_UserInit(); //调用GPIO初始化函数
while(1) //主函数循环
{
GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13); //指示灯200ms闪烁周期
Delay_ms(100);
GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
Delay_ms(100);
}
}为了方便理解，这里就不使用定时器了，直接Delay。
延时函数：
void Delay_ms(int Time)
{
int i=0;
while(Time--)
{
i=8000;
while(i--);
}
return;
}然后是中断函数，其执行条件为：当但USART接收到数据时。
接收到数据之后，将其发送出去，然后清除中断标志位，退出中断函数，回到main函数。直至再次接收到数据并进入中断函数。以此循环
中断函数如下：
void USART1_IRQHandler(void) //USART中断函数
{
u16 Data;
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //如果USART1接收中断SET
{
GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
Data =USART_ReceiveData(USART1); //将USART接收到的数据赋值给Data
USART_SendData(USART1,Data); //将Data的值发送出去
Delay_ms(400);
GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
Delay_ms(400);
}
USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); //清除USART1的接收中断标志位
} 这样，程序部分就完成了
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烧录程序后，将单片机与电脑连接（或者通过·USB转TTL工具与电脑连接），打开XCOM。
首先是选择串口。如果无法选择串口（下拉菜单无可选项），则需要确认单片机与电脑正确连接。如果连接无误仍无法选择，则可能是因为电脑无相关驱动。需要下载一个CH340的驱动并安装（网上可找到）。可在设备管理器中查看是否连接上以及分辨有驱动。如果连接了，但是无法打开串口，显示的是有无法识别的设备插入。
下面是正确连接了并驱动程序工作正常的界面。
然后是设置4个通信参数，需与程序中USART初始化的参数一致。
然后点击“打开串口”，按钮变成红色，说明打开成功。
未发送数据时，指示灯快闪，说明此时正在执行main的while循环。
然后，我们在数据发送区输入一个2位16进制的数（由于USART_ReceiveData(USART1)函数的返回值就是16位的，所以只能输入2位16进制数），然后发送，可以看到指示灯满闪了一下，同时数据接收区出现了刚才发送的数据。说明此时cpu正在执行中断函数。
注意：不要勾选“发送新行”，否则会无法跳出中断函数，永久卡死在中断函数里。
短暂延时后，指示灯又开始快闪，说明此时CPU返回到了main函数并继续执行之前的while循环。
此时再发送新的数据，又会执行中断，再返回main函数。
注意：发送速度不宜过快，如果在STM32在执行中断函数时且接收中断标志未清除，就接收到了串口发送的下一条数据，中断函数就会卡死，无法跳回main函数。勾选“发送新行”会卡死也是这个原因，因为勾选“发送新行”，发送完数据输入窗口的内容之后，会自动发送回车符，导致接收中断标志来不及清除而卡死。
使用“多条发送”还可以连续发送字符串。
注意：如果发送字符的话需要取消勾选“16进制显示”与“16进制发送”
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其实，除了使用中断函数，也可以使用USART的状态标志位来判断是否接收到数据或者进行其他处理。
比如：USART_FLAG_RXNE就是是否接收到数据的标志位，可以该寄存器的状态来判断串口是否发送了数据。需要注意，从该寄存器取值后要及时使用USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_RXNE)清除该标志位。
以上就是USART的一个简单使用，如果想要实现更复杂的功能，比如实时监控，还需要上位机的软件支持。
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