USART串口的一般应用文档格式.docx
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接口通过三个引脚与其他设备连接在一起。
任何USART双向通信至少需要两个脚：
接收数据输入（RX）和发送数据输出（TX）。
RX：
接收数据串行输。
通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。
TX：
发送数据输出。
当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的I/O端口配置。
当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平。
在单线和智能卡模式里，此I/O口被同时用于数据的发送和接收。
1.在异步模式中：
1》总线在发送或接收前应处于空闲状态
2》一个起始位
3》一个数据字（8或9位），最低有效位在前
4》0.5，1.5，2个的停止位，由此表明数据帧的结束
5》使用分数波特率发生器——12位整数和4位小数的表示方法
6》一个状态寄存器（USART_SR）
7》数据寄存器（USART_DR）
8》一个波特率寄存器（USART_BRR），12位的整数和4位小数
9》一个智能卡模式下的保护时间寄存器（USART_GTPR）
2.在同步模式中
需要用到SCLK引脚：
发送器时钟输出。
此引脚输出用于同步传输的时钟，（在Start位和Stop位上没有时钟脉冲，软件可选地，可以在最后一个数据位送出一个时钟脉冲）。
数据可以在RX上同步被接收。
这可以用来控制带有移位寄存器的外部设备（例如LCD驱动器）。
时钟相位和极性都是软件可编程的。
在智能卡模式里，SCLK可以为智能卡提供时钟。
3.在IrDA模式里需要下列引脚：
1》IrDA_RDI:
IrDA模式下的数据输入。
2》IrDA_TDO:
IrDA模式下的数据输出。
4.硬件流控模式中需要下列引脚在：
1》nCTS:
清除发送，若是高电平，在当前数据传输结束时阻断下一次的数据发送。
2》nRTS:
发送请求，若是低电平，表明USART准备好接收数据
4.1.3发送器
发送器根据M位的状态发送8位或9位的数据字。
当发送使能位（TE）被设置时，使能USART同步串口，这时发送移位寄存器中的数据在TX脚上输出，相应的时钟脉冲在SCLK脚上输出。
字符发送在TX引脚上首先移出数据的最低有效位。
每个字符之前都有一个低电平的起始位；
之后跟着的停止位，其数目可配置。
注意：
1．在数据传输期间不能复位TE位，否则将破坏TX脚上的数据，因为波特率计数器停止计数。
正在传输的当前数据将丢失。
2．TE位被激活后将发送一个空闲帧。
4.1.3.1可配置的停止位
随每个字符发送的停止位的位数可以通过控制寄存器2的位13、12进行编程。
1.1个停止位：
停止位位数的默认值。
2.2个停止位：
可用于常规USART模式、单线模式以及调制解调器模式。
3.0.5个停止位：
在智能卡模式下接收数据时使用。
4.1.5个停止位：
在智能卡模式下发送数据时使用。
空闲帧包括了停止位。
断开帧是10位低电平，后跟停止位（当m=0时）；
或者11位低电平，后跟停止位（m=1时）。
不可能传输更长的断开帧（长度大于10或者11位）。
配置步骤：
1.通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART
2.编程USART_CR1的M位来定义字长。
3.在USART_CR2中编程停止位的位数。
4.如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位（DMAT）。
按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。
5.设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。
6.利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。
7.把要发送的数据写进USART_DR寄存器（此动作清除TXE位）。
在只有一个缓冲器的情况下，对每个待发送的数据重复步骤7。
4.1.3.2单字节通信
清零TXE位总是通过对数据寄存器的写操作来完成的。
TXE位由硬件来设置，它表明：
1．数据已经从TDR移送到移位寄存器，数据发送已经开始
2．TDR寄存器被清空
3．下一个数据可以被写进USART_DR寄存器而不会覆盖先前的数据
如果TXEIE位被设置，此标志将产生一个中断。
如果此时USART正在发送数据，对USART_DR寄存器的写操作把数据存进TDR寄存器，并在当前传输结束时把该数据复制进移位寄存器。
如果此时USART没有在发送数据，处于空闲状态，对USART_DR寄存器的写操作直接把数据放进移位寄存器，数据传输开始，TXE位立即被置起。
当一帧发送完成时（停止位发送后），TC位被置起，并且如果USART_CR1寄存器中的TCIE位被置起时，中断产生。
先读一下USART_SR寄存器，再写一下USART_DR寄存器，可以完成对TC位的清零。
TC位也可以通过对它软件写’0’来清除。
此清零方式只在多缓冲器通信模式下推荐使用。
4.1.3.3断开符号
设置SBK可发送一个断开符号。
断开帧长度取决M位（见0）。
如果设置SBK=1，在完成当前数据发送后，将在TX线上发送一个断开符号。
断开字符发送完成时（在断开符号的停止位时）SBK被硬件复位。
USART在最后一个断开帧的结束处插入一逻辑’1’，以保证能识别下一帧的起始位。
如果在开始发送断开帧之前，软件又复位了SBK位，断开符号将不被发送。
如果要发送两个连续的断开帧，SBK位应该在前一个断开符号的停止位之后置起。
4.1.3.4空闲符号
置位TE将使得USART在第一个数据帧前发送一空闲帧
4.1.4接收器
4.1.4.1接收配置
在USART接收期间，数据的最低有效位首先从RX脚移进。
在此模式里，USART_DR寄存器包含的缓冲器位于内部总线和接收移位寄存器之间。
数据接收配置步骤：
1.将USART_CR1寄存器的UE置1来激活USART。
2.编程USART_CR1的M位定义字长
3.在USART_CR2中编写停止位的个数
4.如果需多缓冲器通信，选择USART_CR3中的DMA使能位（DMAR）。
按多缓冲器通信所要求的配置DMA寄存器。
5.利用波特率寄存器USART_BRR选择希望的波特率。
6.设置USART_CR1的RE位。
激活接收器，使它开始寻找起始位。
4.1.4.2当一字符被接收到时，
1.RXNE位被置位。
它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。
换句话说，数据已经被接收并且可以被读出（包括与之有关的错误标志）。
2.如果RXNEIE位被设置，产生中断。
3.在接收期间如果检测到帧错误，噪音或溢出错误，错误标志将被置起，
4.在多缓冲器通信时，RXNE在每个字节接收后被置起，并由DMA对数据寄存器的读操作而清零。
5.在单缓冲器模式里，由软件读USART_DR寄存器完成对RXNE位清除。
RXNE标志也可以通过对它写0来清除。
RXNE位必须在下一字符接收结束前被清零，以避免溢出错误。
在接收数据时，RE位不应该被复位。
如果RE位在接收时被清零，当前字节的接收被丢失。
4.1.5分数波特率的产生
接收器和发送器的波特率在USARTDIV的整数和小数寄存器中的值应设置成相同。
Tx/Rx波特率＝fPCLKx/（16*USARTDIV））
这里的fPCLKx（x=1、2）是给外设的时钟（PCLK1用于USART2、3、4、5，PCLK2用于USART1）
USARTDIV是一个无符号的定点数。
这12位的值设置在USART_BRR寄存器。
如何从USART_BRR寄存器值得到USARTDIV
例1：
要求USARTDIV=25.62d,就有：
DIV_Fraction=16*0.62d=9.92d,近似等于10d=0x0A
DIV_Mantissa=mantissa（25.620d）=25d=0x19
于是,USART_BRR=0x19A
例2：
要求USARTDIV=50.99d
就有：
DIV_Fraction=16*0.99d=15.84d=>
近似等于16d=0x10
DIV_Mantissa=mantissa（50.990d）=50d=0x32
更新波特率寄存器USART_BRR后，波特率计数器中的值也立刻随之更新。
所以在通信进行时不应改变USART_BRR中的值。
表4-1-1设置波特率的误差表
波特率
fPCLK=36MHz
fPCLK=72MHz
序号
Kbps
实际
置于波特率
寄存器中的值
误差%
1
2.4
2.400
937.5
0%
1875
2
9.6
9.600
234.375
468.75
3
19.2
117.1875
4
57.6
39.0625
78.125
5
115.2
115.384
19.5
0.15%
6
230.4
230.769
9.75
0.16%
7
460.8
461.538
4.875
8
921.6
923.076
2.4375
9
2250
10
4500
不可能
注：
1.CPU的时钟频率越低某一特定波特率的误差也越低
2.只有USART1使用PCLK2（最高72MHz）。
其它USART使用PCLK1（最高36MHz）。
4.1.6多处理器通信
通过USART可以实现多处理器通信（将几个USART连在一个网络里）。
例如某个USART设备可以是主，它的TX输出和其他USART从设备的RX输入相连接；
USART从设备各自的TX输出逻辑地与在一起，并且和主设备的RX输入相连接。
在多处理器配置中，通常希望只有被寻址的接收者才被激活，来接收随后的数据，这样就可以减少由未被寻址的接收器的参与带来的多余的USART服务开销。
未被寻址的设备可启用其静默功能置于静默模式。
在静默模式里：
1.任何接收状态位都不会被设置。
2.所有接收中断被禁止。
3.USART_CR1寄存器中的RWU位被置1。
RWU可以被硬件自动控制或在某个条件下由软件写入。
根据USART_CR1寄存器中的WAKE位状态，USART可以用二种方法进入或退出静默模式。
4.如果WAKE位被复位：
进行空闲总线检测。
5.如果WAKE位被设置：
进行地址标记检测。
空闲总线检测（WAKE=0）
当RWU位被写1时，USART进入静默模式。
当检测到一空闲帧时，它被唤醒。
然后RWU被硬件清零，但是USART_SR寄存器中的IDLE位并不置起。
RWU还可以被软件写0。
地址标记（addressmark）检测（WAKE=1）。
在这个模式里，如果MSB是1，该字节被认为是地址，否则被认为是数据。
在一个地址字节中，目标接收器的地址被放在4个LSB中。
这个4位地址被接收器同它自己地址做比较，接收器的地址被编程在USART_CR2寄存器的ADD。
如果接收到的字节与它的编程地址不匹配时，USART进入静默模式。
该字节的接收既不会置起RXNE标志也不会产生中断或发出DMA请求，因为USART已经在静默模式。
当接收到的字节与接收器内编程地址匹配时，USART退出静默模式。
然后RWU位被清零，随后的字节被正常接收。
匹配的地址字节将置位RXNE位，因为RWU位已被清零。
当接收缓冲器不包含数据时（USART_SR的RXNE=0），RWU位可以被写0或1。
否则，该次写操作被忽略。
4.1.7LIN（局域互联网）模式
LIN模式是通过设置USART_CR2寄存器的LINEN位选择。
在LIN模式下，下列位必须保持为0：
1.USART_CR2寄存器的CLKEN位
2.USART_CR3寄存器的STOP[1:
0]，SCEN，HDSEL和IREN
4.1.7.1LIN发送
LIN主发送和一般的串口发送基本相同，但和正常USART发送有以下区别：
1.清零M位以配置8位字长
2.置位LINEN位以进入LIN模式。
这时，置位SBK将发送13位’0’作为断开符号。
然后发一位’1’，以允许对下一个开始位的检测。
4.1.7.2LIN接收
当LIN模式被使能时，断开符号检测电路被激活。
该检测完全独立于USART接收器。
断开符号只要一出现就能检测到，不管是在总线空闲时还是在发送某数据帧其间，数据帧还未完成，又插入了断开符号的发送。
当接收器被激活时（USART_CR1的RE=1），电路监测RX上的起始信号。
监测起始位的方法同检测断开符号或数据是一样的。
当起始位被检测到后，电路对每个接下来的位，在每个位的第8，9，10个过采样时钟点上进行采样。
如果10个（当USART_CR2的LBDL=0）或11个（当USART_CR2的LBDL=1）连续位都是’0’，并且又跟着一个定界符，USART_SR的LBD标志被设置。
如果LBDIE位=1，中断产生。
在确认断开符号前，要检查定界符，因为它意味RX线已经回到高电平。
如果在第10或11个采样点之前采样到了’1’，检测电路取消当前检测并重新寻找起始位。
如果LIN模式被禁止，接收器继续如正常USART那样工作，不需要考虑检测断开符号。
如果LIN模式没有被激活（LINEN=0），接收器仍然正常工作于USART模式，不会进行断开检测。
如果LIN模式被激活（LINEN=1），只要一发生帧错误（也就是停止位检测到’0’，这种情况出现在断开帧），接收器就停止，直到断开符号检测电路接收到一个’1’（这种情况发生于断开符号没有完整的发出来），或一个定界符（这种情况发生于已经检测到一个完整的断开符号）。
4.1.8USART同步模式
USART允许用户以主模式方式控制双向同步串行通信。
SCLK脚是USART发送器时钟的输出。
在起始位和停止位期间，SCLK脚上没有时钟脉冲。
根据USART_CR2寄存器中LBCL位的状态，决定在最后一个有效数据位期间产生或不产生时钟脉冲。
USART_CR2寄存器的CPOL位允许用户选择时钟极性，USART_CR2寄存器上的CPHA位允许用户选择外部时钟的相位（见图4-1-1、图4-1-2和图4-1-3）。
在总线空闲期间，实际数据到来之前以及发送断开符号的时候，外部SCLK时钟不被激活。
同步模式时，USART发送器和异步模式里工作一模一样。
但是因为SCLK是与TX同步的（根据CPOL和CPHA），所以TX上的数据是随SCLK同步发出的。
同步模式的USART接收器工作方式与异步模式不同。
如果RE=1，数据在SCLK上采样（根据CPOL和CPHA决定在上升沿还是下降沿），不需要任何的过采样。
但必须考虑建立时间和持续时间（取决于波特率，1/16位时间）。
1．SCLK脚同TX脚一起联合工作。
因而，只有在发送器被激活（TE＝1），且数据被发送时（USART_DR寄存器被写入）才提供时钟。
这意味着在没有发送数据时是不可能接收一个同步数据的。
2．LBCL,CPOL和CPHA位的正确配置，应该在发送器和接收器都被禁止时；
当发送器或接收器被激活时，这些位不能被改变
3．建议在同一条指令中设置TE和RE，以减少接收器的建立时间和保持时间。
4．USART只支持主模式：
它不能用来自其他设备的输入时钟接收或发送数据（SCLK永远是输出）。
图4-1-1USART同步传输的例
图4-1-2USART数据时钟时序示例（M=0）
图4-1-3USART数据时钟时序示例（M=1）
4.1.9单线半双工通信
USART可以配置成遵循单线半双工协议。
使用控制位“HALFDUPLEXSEL”选择半双工和全双工通信。
当HDSEL写’1’时
1.RX不再被使用
2.当没有数据传输时，TX总是被释放。
因此，它在空闲状态的或接收状态时表现为一个标准I/O口。
这就意味该I/O在不被USART驱动时，必须配置成悬空输入（或开漏的输出高）。
除此以外，通信与正常USART模式类似。
由软件来管理线上的冲突（例如通过使用一个中央仲裁器）。
特别的是，发送从不会被硬件所阻碍。
当TE位被设置时，只要数据一写到数据寄存器上，发送就继续。
4.1.10智能卡
设置USART_CR3寄存器的SCEN位选择智能卡模式。
在智能卡模式下，下列位必须保持清零：
1.USART_CR2寄存器的LINEN位
2.USART_CR3寄存器的HDSEL位和IREN位
此外，CLKEN位可以被设置，以提供时钟给智能卡。
智能卡接口设计成ISO7816-3标准所定义的那样支持异步协议的智能卡。
USART应该被设置为：
8位数据位加校验位：
此时USART_CR1寄存器M=1，PCE=1，并且下列条件满足其一：
1>
接收时0.5个停止位：
即USART_CR2寄存器的STOP=01
2>
发送时1.5个停止位：
即USART_CR2寄存器的STOP=11
图4-1-4给出的例子说明了数据线上，在有校验错误和没校验错误两种情况下的信号。
图4-1-4ISO7816-3异步协议
当与智能卡相连接时，USART的TX驱动一根智能卡也驱动的双向线。
为了做到这点，SW_RX必须和TX连接到相同的I/O口。
在发送开始位和数据字节期间，发送器的输出使能位TX_EN被置起，在发送停止位期间被释放（弱上拉），因此在发现校验错误的情况下接收器可以将数据线拉低。
如果TX_EN不被使用，在停止位期间TX被拉到高电平：
这样的话，只要TX配置成开漏，接收器也可以驱动这根线。
智能卡是一个单线半双工通信协议
1.从发送移位寄存器把数据发送出去，要被延时最小1/2波特时钟。
在正常操作时，一个满的发送移位寄存器将在下一个波特时钟沿开始向外移出数据。
在智能卡模式里，此发送被延迟1/2波特时钟。
2.如果在接收数据帧期间，检测到一校验错误，该帧接收完成后（也就是在0.5停止位结束时），发送线被拉低一个波特时钟周期。
这是告诉智能卡发送到USART的数据没有被正确接收到。
此NACK信号（拉低发送线一个波特时钟周期）在发送端将产生一个帧错误（发送端被配置成1.5个停止位）。
应用程序可以根据协议处理重新发送的数据。
如果NACK控制位被设置，发生校验错误时接收器会给出一个NACK信号；
否则就不会发送NACK。
3.TC标志的置起可以通过编程保护时间寄存器得以延时。
在正常操作时，当发送移位寄存器变空并且没有新的发送请求出现时，TC被置起。
在智能卡模式里，空的发送移位寄存器将触发保护时间计数器开始向上计数，直到保护时间寄存器中的值。
TC在这段时间被强制拉低。
当保护时间计数器达到保护时间寄存器中的值时，TC被置高。
4.TC标志的撤销不受智能卡模式的影响。
5.如果发送器检测到一个帧错误（收到接收器的NACK信号），发送器的接收功能模块不会把NACK当作起始位检测。
根据ISO协议，接收到的NACK的持续时间可以是1或2波特时钟周期。
6.在接收器这边，如果一个校验错误被检测到，并且NACK被发送，接收器不会把NACK检测成起始位。
1.断开符号在智能卡模式里没有意义。
一个带帧错误的00h数据将被当成数据而不是断开符号。
2.当来回切换TE位时，没有IDLE帧被发送。
ISO协议没有定义IDLE帧。
在这个例子里，USART正在发送数据，并且被配置成1.5个停止位。
为了检查数据的完整性和NACK信号，USART的接收功能块被激活。
USART可以通过SCLK输出为智能卡提供时钟。
在智能卡模式里，SCLK不和通信直接关联，而是先通过一个5位预分频器简单地用内部的外设输入时钟来驱动智能卡的时钟。
分频率在预分频寄存器USART_GTPR中配置。
SCLK频率可以从fCK/2到fCK/62，这里的fCK是外设输入时钟。
4.1.11IrDASIRENDEC功能块
IrDASIR物理层规定使用反相归零调制方案（RZI），该方案用一个红外光脉冲代表逻辑’0’（见图4-5）。
SIR发送编码器对从USART输出的NRZ（非归零）比特流进行调制。
输出脉冲流被传送到一个外部输出驱动器和红外LED。
USART为SIRENDEC最高只支持到115.2Kbps速率。
在正常模式里，脉冲宽度规定为一个位周期的3/16。
SIR接收解码器对来自红外接收器
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