写这个文章是用来学习的,记录一下我的学习过程。希望我能一直坚持下去,我只是一个小白,只是想好好学习,我知道这会很难，但我还是想去做！

本文写于：2025.04.08

前言

   本次笔记是用来记录我的学习过程,同时把我需要的困难和思考记下来,有助于我的学习，同时也作为一种习惯,可以督促我学习,是一个激励自己的过程,让我们开始32单片机的学习之路。
   欢迎大家给我提意见,能给我的嵌入式之旅提供方向和路线，现在作为小白,我就先学习32单片机了,就跟着B站上的江协科技开始学习了.
   在这里会记录下江协科技32单片机开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容，因为我之前有一个开发板,我大概率会用我的板子模仿着来做.让我们一起加油！
   另外为了增强我的学习效果：每次笔记把我不知道或者问题在后面提出来,再下一篇开头作为解答！

开发板说明

   本人采用的是慧净的开发板,因为这个板子是我N年前就买的板子,索性就拿来用了。另外我也购买了江科大的学习套间。
   原理图如下
1、开发板原理图

2、STM32F103C6和51对比

3、STM32F103C6核心板

视频中的都用这个开发板来实现,如果有资源就利用起来。另外也计划实现江协科技的套件。

下图是实物图

引用

【STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕】
还参考了下图中的书籍:
STM32库开发实战指南：基于STM32F103（第2版）

数据手册

解答和科普

一、USART结构

波特率发生器：就是分频器；
波特率，数据位，停止位，校验位配置；
硬件流控制，A发的太快了B原本只能抛弃新数据或者覆盖原数据，如果有硬件流控制，在硬件电路上，会多出一根线，如果B没准备好接受，置高电平，如果准备好了就置低电平，A接受到了B反馈的信号，就只会在B准备好的时候，才发数据；可以防止B处理数据慢，导致数据丢失；STM32也有，一般不用。兼容其他的的协议。
USART1(APB2) 开启时钟注意一下；

这里有TX和RX，这两个就是发送和接受引脚，下面的 SW_RX、IRDA_OUT/IN这些是智能卡和IRDA通信的引脚，我们不用这些协议，所以这些引脚就不用管，


发送或接收的字节数据就存在这里，上面有两个数据寄存器，一个是发送数据寄存器TDR，另一个是接受数据寄存器RDR，这两个寄存器占用同一个地址，就和51单片机串口的SBUFF寄存器一样，在程序上，只表现为一个寄存器，就是数据寄存器DR，但实际硬件中，是分成了两个寄存器，一个用于发送TDR，一个用于接受RDR，TDR是只写的，RDR是只读的，当你进行写操作时，数据就写入到TDR，当你进行读操作时，数据就是从RDR读出来的；
下面是两个移位寄存器，一个用于发送，一个用于接受，发送移位寄存器的作用就是，把一个字节的数据一位一位地移出去，正好对应串口协议的波形数据位，这两个寄存器是怎么工作的，比如你在某时刻给TDR写入了0x55这个数据，在寄存器里就是二进制存储，0101 0101，那么此时硬件检测到你写入数据了，他就会检查，当前移位寄存器是不是有数据正在移位，如果没有这个0101 0101就会立刻，全部移动到发送移位寄存器，准备发送，当数据从TDR移动到移位寄存器时，会只一个标志位，叫TXE，发送寄存器空，我们检查这个标志位，如果置1了，我们就可以在TDR写入下一个数据了，注意一下，当TXE置1时，数据其实还没有发送数据，只要数据从TDR转移到发送移位寄存器了，TXE就会置1，我们就可以写入新的数据了；

然后发送移位寄存器就会在下面这里的发生器控制的驱动下，向右移位，然后一位一位地，把数据输出到TX引脚，这里是向右移位的，正好和串口协议规定的低位先行，是一致的，当数据移位完成后，新的数据就会再次自动地从TDR转移到发送移位寄存器里来，如果当前移位寄存器移位还没有完成，TDR的数据就会进行等待，一但移位完成，就会立刻转移过来，有了TDR和移位寄存器的双重缓存，可以保证连续发数据的时候，数据帧之间不会
有空闲，提高了工作效率，简单来说就是你数据一但从TDR转移到移位寄存器了，管你有没有移位完成，我就立刻把下一个数据放在TDR等着，一但移完了，新的数据就会立刻跟上，这样做，效率就会比较高；
接收端也是这样，数据从RX引脚通向接受移位寄存器，在接收器控制的驱动下，一位一位地读取 RX电平，先放在最高位，然后向右移，移位8次就接收一个字节，同样，串口协议规定低位先行，所以接受移位寄存器是从高位往低位这个方向移动的，之后，当一个字节移位完成之后，这一个字节的数据就会整体地一下子转移到接受寄存器RDR里面，在转移的过程中，也会置一个标志位，叫RXNE,接受寄存器为非空，当检测到RXNE置1之后，就可以把数据读走了，同样这里也是两个寄存器缓存，当数据从移位寄存器转移到RDR时，就可以直接移位接受下一帧数据了，这就是USART外设整个的工作流程，主要功能就差不多了，就是数据寄存器和移位寄存器，发送移位寄存器往TX引脚移位，接收移位寄存器从RX引脚移位，当然发送还需加上帧头帧尾，接受还需提出帧头帧尾，这些操作，它内部有电路自动执行，

发送器控制,就是用来控制发送移位寄存器的工作的，接收器控制，用来控制接受移位寄存器的工作，左边有一个硬件流控制，简称流控，如果设备发的太快，接收设备来不及处理，就会出现丢弃或覆盖数据的现象，那有了流控，就可以避免这个问题了，这里流控有两个引脚一个是nRTS：请求发送，也就是告诉别人，我当前能不能接收，是输出脚，一个是nCTS：也就是用来接收别人的nRTS信号的，n代表的是低电平有效，首先得找另一个支持流控的串口，它的TX接到我的RX，然后我的RTS要输出一个能不能接受的反馈信号，接到对方的CTS，当我能接收的时候，RTS就置低电平，请求对方发送，对方的CTS接收到之后，就可以一直发，当我处理不过来的时候，比如接受寄存器我一直没有读，又有新的数据过来了，现在就代表我没有及时处理，那RTS就会置高电平，对方CTS接收到之后，就会暂停发送，直到这里接受寄存器数据寄存器被读走，RTS被置低电平，新的数据才会继续发送，那反过来，当我的TX给对方发送数据时，我们CTS就要接到对方的RTS，用于判断 对方能不能接受，TX和CTS是一对，RX和RTS是一对，CTS和RTS也要交叉连接，这就是流控的工作模式；

右边这块电路是用来产生同步的时钟信号，它是配合发送移位寄存器输出的，发送寄存器每移位一次，同步时钟电平就跳变一个周期，时钟告诉对方，我移出去一位数据了，你看要不要让我这个时钟信号来指导你接收一下，当然这个时钟只支持输出，不支持输入，所以两个USART之间，不能实现同步的串口通信，那这个时钟有什么用呢：第一个，兼容别的协议，比如串口加上时钟之后，就更SPI协议特别像，所以有了时钟输出的串口，就可以兼容SPI，另外这个时钟也可以做自适应波特率，比如接收设备不确定发送设备给的什么波特率，那就可以测量一下这个时钟周期，然后再计算得到波特率，不过这就需要另外写程序来实现这个功能了，这个时钟功能一般不用；

唤醒单元：这部分的作用是实现串口挂载多设备，我们之前说，串口一般是点对点的通信，点对点，只支持两个设备互相通信，想发数据直接发就行，而多设备，在一条总线上，可以接多个从设备，每个设备分配一个地址，我想和某个设备通信，就先进行寻址，确定通信对象，再进行数据收发，那回到这里，这个唤醒单元就可以用来实现多设备的功能，在这里，可以给串口分配一个地址，当你发送指定地址时，此设备唤醒开始工作，当你发送别的设备地址时候，别的设备就唤醒工作，这个设备没收到地址，就会保持沉默，这样就可以实现多设备的串口通信了，一般也不用；

中断输出控制，中断申请位，就是状态寄存器这里的各种标志位，状态寄存器这里，有两个标志位比较重要，一个是TXE发送寄存器，另一个是RXNE接受寄存器非空，这两个是判断发送状态和接受状态的必要标志位，剩下的标志位，了解一下就行；
中断输出控制：就是配置中断是不是能通向NVIC；
最下面时波特率发生器：其实就是分频器，APB时钟进行分频，得到发送和接受移位的时钟，这里时钟输入是fPCLKx（x=1或2）， USART1挂载在APB2，所以就是PCLK2的时钟，一般是72M,其他的都挂载在APB1，所以是PCLK1的时钟，一般是36M，之后这个时钟进行分频，除以个USARTDIV的分频系数，USARTDIV里面就是右边这样，是一个数值，并且分为了整数部分和小数部分，因为有些波特率，用72M除一个整数的话，可能除不尽，会有误差，所以这里分频系数是支持小数点后4位的，分频就更加精准，之后分频完之后，还要再除个16，得到发送器时钟和接收器时钟，通向控制部分，然后右边这里，如果TE(TX Enable)为1，就是发送器使能了，发送部分的波特率就有效；如果RE为1，那就是接收器使能了，接收部分的波特率就有效。到这里这个串口的主体结构就看完了。
看看寄存器描述，就知道怎么控制的。

这些引脚都必须按照引脚定义里规定的来，或者看看有没有重映射。

最左边是波特率发生器，用于产生约定的通信速率，时钟来源是PCLK2或1，经过波特率分频器后，产生的时钟通向发送控制器和接收控制器，发送控制器和接收控制器，用来控制发送移位和接收移位，之后，由发送数据寄存器和发送移位寄存器这两个寄存器的配合，将数据一位一位地移出去，通过GPIO的复用输出，输出到TX引脚，产生串口协议规定的波形，这里画了几个右移的符号，就是代表这个移位寄存器是往右移的，是低位先行，当数据由数据寄存器转到移位寄存器时，会置一个TXE的标志位，我们判断这个标志位，就可以知道是不是可以写下一个数据了，然后接收部分也是类似；
RX引脚的波形，通过GPIO输入，在接收控制器的控制下，一位一位地移入接收移位寄存器，这里画了右移的符号，也是右移的，因为是低位先行，所以要从左边开始移进来，移完一帧数据后，数据就会统一转运到接受数据寄存器，在转移的同时，置一个RXNE标志位，我们检查这个标志位，就可以知道是不是收到数据了，同时这个标志位也是可以去申请中断，这样就可以在收到数据时，直接进入中断函数，然后快速地读取和保存数据，那右边实际上有四个寄存器，但在软件寄存器，只有一个DR寄存器可以供我们读写，写入DR时，数据走上面这条路，进行发送，读取DR时，数据走下面这条路，进行接收，这就是USART进行串口数据收发的过程；
最后右下角，是一个开关控制，就是配置完成之后，用Cmd开启一下外设。

二、数据帧

这个图是在程序中配置8位字长和9位字长的波形比较，这里的字长就是前面说的数据位长度，它这里的字长，是包含校验位的额，是这种描述方式。
第一条时序，很明显就是TX发送或者RX接收的数据帧格式，空闲高电平，然后起始位0，然后根据写入的数据，置1或0，一次发送位0到位8，加起来就是9位，最后停止位1，数据帧结束；在这里位8，也就是第9个位置，是一个可能的奇偶校验位，通过配置寄存器就可以配置成奇校验、偶校验或者无校验，这里可以选择配置成8位有效载荷+1位校验位，也可以选择9位全都是有效载荷，不过既然选择了9位字长，一般都是要加上校验位的，因为8位有效载荷，正好对应一个字节；
下面这个时钟，就是之前说的同步时钟输出的功能，可以看到，这里在每个数据位的中间，都有一个时钟上升沿，时钟的频率，和数据速率也是一样的，接收端可以在时钟上升沿进行采样，这样就可以精准定位每一位数据，这个时钟的最后一位，可以通过这个LBCL位控制，要不要输出，另外这个时钟的极性、相位什么的，也是可以通过配置寄存器配置；
一个是空闲帧，一个是断开帧是局域网用的。

8位字长的波形，这里的数据位是从位0一直到位7，总共是8位，比上面这个少了一个位8，同样这个最后一位位7，也是一个可能的奇偶校验位，还是同样既然你选择了8位字长，那这里最好就选择无校验，要不然你校验位占1位，有效载荷就剩下7位了，一个字节都发不了；总共有4种选择：9位字长，有校验无校验，8位字长，有校验无校验；最好选择9位字长，有校验或者8位字长，无校验这两种，这样每一帧的有效载荷都会死一个字节，比较舒服。

数据帧不同停止位：STM32串口可以配置停止位长度为0.5,1,1.5,2这四种，这四种参数的区别就是停止位的时长不一样：
1个停止位：这时停止位的时长就和数据位的一位，时长一样；
1.5个停止位：这时停止位就是数据位一位时长的1.5倍；
2个停止位：这时停止位就是数据位一位时长的2倍；
0.5个停止位：这时停止位就是数据位一位时长的0.5倍.

这两个图展示的是USART电路输入数据的一些策略：对于串口来说，根据前面的介绍，可以想到，串口的输出TX应该是比输入RX简单很多，输入你就定时翻转TX引脚高低电平就行了，但是输入，就复杂一些，你不仅要保证，输入的采样频率和波特率一致， 还要保证每次输入采样的位置，要正好处于每一位的正中间，只有在每个电平的正中间采样，这样的高低电平读进来，才是最可靠的，如果你采样点过于靠前或者靠后，那就可能高低电平还在翻转，电平还不稳定，或者少有误差，数据就采样错了，另外，输入最后还要对噪声有一定的判断能力，如果是噪声，最好能置个标志位提醒我一下，这些就是输入数据所面临的问题，那看一下STM32是如何来设计输入电路的。
首先第一个图，这里展示的是USART的起始位 帧测 ，当输入电路侦测到一个数据帧的起始位后，就会以波特率的频率，连续采样一帧数据，同时，从起始位开始，采样位置就要对齐到位的正中间,只要第一位对齐了，后面就肯定都是对齐的，那为了实现这些功能，首先输入的这部分电路对采样时钟进行了细分，它会以波特率的16倍频率进行采样，也就是在一位的时间里，可以进行16次采样，最开始，空闲状态高电平，那采样就一直是1，在某个位置，突然采到一个0，那么就说明，在这两次采样之间，出现了下降沿，如果没有噪声，那之后就应该是起始位了，在起始位，会进行连续16次采样，没有噪声的话，这16位采样肯定就都是0，这没问题，但是实际电路还是会存在一些噪声的，所以及时这里出现下降沿了，后续也要再采样几次，以防万一，根据手册的描述，这会接收电路，还会在下降沿之后的第3次、5次、7次，进行一批采样，在第8次、9次、10次，再进行一批采样，且这两批采样，都要要求每3位里面至少应有2个0，没有噪声，那肯定全是0，满足情况，如果有一些轻微噪声，导致这3位里面只有两个0，另一个是1，那也算是检测到了起始位，但是在状态寄存器会置一个NE，噪声标志位，就是提醒你一下，数据我收到了，但是有噪声，你小心点，如果这三位只有一个0，那就不算检测到了起始位，可能前面那个下降沿是噪声导致的，这时电路就忽略前面的数据，重新开始捕捉下降沿，这就是STM32的串口，在接收过程中，对噪声的处理，如果通过了这个起始位侦测，那接受状态就由空闲，变为接收起始位，同时第8、9、10次采样的位置，就正好是起始位的正中间，之后，接收数据位时，就都在第8、9、10次，进行采样，这样就能保证采样位置在位的正中间了，这就是起始位侦测和采样位置对齐的策略；

这里，从1到16，是一个数据位的时间长度，在一个数据位，有16个采样时钟，由于起始位侦测已经对齐了采样时钟，所以这里就直接在第8、9、10次采样数据位，为了保证数据的可靠性，这里是连续采样3次，没有噪声的理想情况下，这3次肯定全为1或者全为0，全为1，就认为收到了1，全为0，就认为收到了0，如果有噪声，导致3次采样不是全为1,或者全为0，那就按照2:1的规则来，2次为1，那就认为收到了1，在这种情况下，噪声标志位NE也会置1，告诉你，我收到数据了，但是有噪声，你小心点，这就是检测噪声的数据采样，可见STM32对这个电路的设计考虑还是很充分的；

波特率发生器就是分频器，发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里面的DIV确定，DIV分为整数和小数部分，可以实现更细腻的分频，那波特率和分频系数的关系，可以由这个计算公式进行计算：波特率=PCLK2/1的时钟频率/16倍的DIV，为什么这里多了一个16，因为它内部还有一个16倍波特率的采样时钟，所以这里输入时钟/DIV要等于16倍的波特率，最终计算波特率，自然要多除一个16了，几个例子，比如我要配置USART1为9600的波特率，那如何配置这个BRR寄存器，代入公式，9600=72M/(16*DIV),解出来DIV=72M/9600/16,468.75,转换成二进制，11101 0100 .11；

最左边是USB端口，USB有四根线，GND、D+、D-、VCC, USB标准供电时5V，然后中间D+和D-是通信线，走的也是USB协议，所以这里需要一个CH340芯片转换一下，转换之后输出的就是TXD和RXD，是串口协议，最后通过排针引出来，那需要注意的就是这边的供电策略，首先，所有的电都是这个VCC+5V来的，然后VCC+5V通过这个稳压管电路进行降压，得到VCC+3.3V，之后VCC+5V和VCC+3.3V，都通过排针引出来了，所以这个第6脚和第4脚，是分别有5V和3.3V输出的，很多人迷惑的是这个第5脚，板子上标的是VCC，这个引脚，通过原理图可以看到，它是通向CH340芯片的VCC上，所以这个第5脚，实际上是CH340的电影输入脚，一般我们这个模块的排针会有一个跳线帽，这个跳线帽需要插在4、5脚或者5、6脚上，右边也有文字说明，5V到VCC，CH340供电为5V,TTL电平为5V,短路3V3到VCC，CH340供电为3.3V，TTL电平为3.3V，所以这个跳线帽是用来选择通信电平的，也是给CH340供电的，所以最好不要拿掉，如果你拿掉了，就相当于这整个芯片，没有供电，即使把跳线帽拔掉，不给芯片供电，这个串口还是能工作的，可能是从别的地方汲取的电流，也有可能是其他地方，测试一下，不差跳线帽，通信电平是3.3V,不过为了稳定，最好还是插上跳线帽，STM32通信需要3.3V，所以把跳线帽插在4,5脚上就行了。

然后就是数据手册了。

问题

总结

本节课主要学了STM32的USART串口的外设，以及工作流程是什么样的，最左边是波特率发生器，用于产生约定的通信速率，时钟来源是PCLK2或1，经过波特率分频器后，产生的时钟通向发送控制器和接收控制器，发送控制器和接收控制器，用来控制发送移位和接收移位，之后，由发送数据寄存器和发送移位寄存器这两个寄存器的配合，将数据一位一位地移出去，通过GPIO的复用输出，输出到TX引脚，产生串口协议规定的波形，这里画了几个右移的符号，就是代表这个移位寄存器是往右移的，是低位先行，当数据由数据寄存器转到移位寄存器时，会置一个TXE的标志位，我们判断这个标志位，就可以知道是不是可以写下一个数据了，然后接收部分也是类似；
RX引脚的波形，通过GPIO输入，在接收控制器的控制下，一位一位地移入接收移位寄存器，这里画了右移的符号，也是右移的，因为是低位先行，所以要从左边开始移进来，移完一帧数据后，数据就会统一转运到接受数据寄存器，在转移的同时，置一个RXNE标志位，我们检查这个标志位，就可以知道是不是收到数据了，同时这个标志位也是可以去申请中断，这样就可以在收到数据时，直接进入中断函数，然后快速地读取和保存数据，那右边实际上有四个寄存器，但在软件寄存器，只有一个DR寄存器可以供我们读写，写入DR时，数据走上面这条路，进行发送，读取DR时，数据走下面这条路，进行接收，这就是USART进行串口数据收发的过程；
最后右下角，是一个开关控制，就是配置完成之后，用Cmd开启一下外设。
还学习了USB转串口的原理图。