一、什么是USART

1. USART簡介

USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)的全稱為通用同步/異步串行接收/發送器，它與普通串口UART的不同在于，USART有同步、異步兩種作業模式；而UART是經過裁剪后的USART，只有異步作業模式，

2. STM32F4中的USART

2.1 USART的發送/接收引腳

STM32F4中有兩個USART(USART1、USART2)，其中，我們以USART1為例，它的發送、接收與PA9、PA10引腳相連，從如下的GPIO引腳復用圖中可以看出，PA9可以復用為USART1的發送(TX)功能，而PA10可以復用為USART1的接收(RX)功能，

2.2 USART轉為USB介面

單片機通常需要與電腦互相傳輸資料，但是電腦沒有USART介面，這該怎么辦呢？設計者通常通過一個芯片把USART介面轉換為USB介面，這樣就可以與電腦通信了，

能實作USART轉USB的芯片有很多，STM32F4中使用的是CH340G，

STM32F4中USART1轉USB的原理圖如下所示：

其中，TXD/RXD 是相對于 CH340G 來說的，也就是 USB 串口的發送和接受腳，而 USART1_RX/USART1_TX 則是相對于 STM32F407ZGT6 來說的，這樣，通過對接，就可以實作 USB 串口和 STM32F407ZGT6 的串口通信了，

注：在本文的實驗中，就是用USB串口把USB信號轉換為串口信號，進而通過PA9和PA10的復用功能來與單片機進行通信，

二、常用的串口相關暫存器

常用的串口相關暫存器有三個：

• USART_SR 狀態暫存器，用來記錄一些狀態，如是否接收到資料，是否要發送資料等
• USART_DR 資料暫存器，用來存盤資料，包括要接收的資料和要發送的資料等
• USART_BRR 波特率暫存器，用來調整波特率的大小，

其中，USART_SR和USART_DR的各個位的含義在**《STM32F4xx中文參考手冊》的26.6節可以查到， 本文不再贅述，這里只簡要介紹一下USART_BRR**波特率暫存器的內部結構:

在上篇博文【STM32F4】四、串口通信1——硬體部分中我們在第三部分列出過，下面我們只把波特率發生器的硬體部分展示在下圖中：

首先由USART_BRR暫存器產生初始的時鐘信號，假設頻率為** f ；輸入到分頻系數為USARTDIV的分頻器后，輸出信號頻率變為 f / USARTDIV**；在經過采樣除法器后，最終輸出信號的波特率為** f / USARTDIV / [8 x (2 - OVER8)] **，其中，OVER8可人為設定，

其中，初始頻率 f 通常是固定的，OVER8 通常設為0；那么公式就簡化為波特率 = f / USARTDIV / 16，而為了得到最終的波特率，我們要求的其實就是唯一的可變引數USARTDIV，實際上它也是由USART_BRR暫存器決定的，

但在程式中，我們不需自己計算USART_BRR的配置，我們只要把想要的波特率(如115200)直接寫入程式、傳給相應函式即可，STM32F4提供的庫函式會幫我們計算并對USART_BRR進行配置，

三、程式撰寫

1. 串口配置的一般步驟

根據正點原子的課程，列出串口配置(帶中斷回應)的一般程序如下：

① 必要的時鐘使能

• 串口時鐘使能：RCC_APBxPeriphClockCmd();
• GPIO時鐘使能：RCC_AHB1 PeriphClockCmd();
  注:要想使用一個外設，必須要對【外設】、以及【連接外設的GPIO引腳】的時鐘進行使能，

② 引腳復用映射：GPIO_PinAFConfig():
③ GPIO埠模式設定：GPIO_Init(); //模式設定為GPIO_Mode_AF
④ 串口引數初始化：USART_Init(); //配置波特率等引數
⑤ 開啟中斷并且初始化NVIC（如果需要開啟中斷才需要這個步驟）：

• NVIC_Init();
• USART_ITConfig();

⑥ 使能串口：USART_Cmd();
⑦ 撰寫中斷處理函式：USARTx_IRQHandler();
⑧ 串口資料收發：

• void USART_SendData(); //從DR暫存器中將資料發送出去
• unit16_t USART_ReceiveData(); //從DR暫存器讀取接收到的資料

⑨：串口傳輸狀態獲取：

• FlagStatus USART_GetFlagStatus();
• void USART_ClearITPendingBit();
  

下面我們也將按照上述步驟，一一撰寫程式，

2. 撰寫程式

下面我們把經過詳細注釋的代碼放上來，全都是按照上述九個步驟來寫的：

#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"

void My_USART1_Init(void) //配置和初始化的程式，除中斷處理函式外，其他的配置都在這里面
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; //用于GPIO配置的結構體
	USART_InitTypeDef* USART_InitStruct; //用于USART配置的結構體
	NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct; //用于NVIC配置的結構體
	
//===============================一、串口時鐘使能===================================
	//使能USART1,由于USART1掛載在APB2總線下，所以要去RCC相關的庫函式中搜索APB2的時鐘使能函式
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

//=================================GPIO時鐘使能=====================================
	//因為要通過PA9和PA10的復用功能來使用UART1，所以也要使能GPIOA的時鐘，GPIOA掛載在AHB1總線下
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
	
//===============================二、引腳復用映射===================================
	//通過下面這個函式，把PA9配置為復用功能——USART1_TX，PA10配置為復用功能——USART1_RX
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);
	
//=============================三、埠模式設定==================================
	//下面要配置PA9和PA10配置為復用模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //GPIO_Mode_OUT;  //AF即復用模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

//================================四、串口引數初始化=================================	
	//初始化USART1的配置
	USART_InitStruct->USART_BaudRate = 115200; //波特率
	USART_InitStruct->USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//不使用硬體流控制
	USART_InitStruct->USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //把發送和接收功能都進行使能
	USART_InitStruct->USART_Parity = USART_Parity_No;//不使用奇偶校驗
	USART_InitStruct->USART_StopBits = USART_StopBits_1;//使用1個停止位
	USART_InitStruct->USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//因為沒有奇偶檢驗，所以可以使用8位字長
	USART_Init(USART1, USART_InitStruct);
	
	//====================================================================
	//=============如果不使用中斷，那么這個程式到這里就可以結束了=============
	//====================================================================
	
//=============================五、開啟中斷并且初始化NVIC============================
	//配置NVIC
	//首先設定中斷優先級分組
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	//再初始化NVIC
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//不同的通道定義在頂層頭檔案stm32f4xx.h中   //設定NVIC通道為USART1的通道
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;//設定搶占優先級為1
	NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//設定回應優先級為1
	NVIC_Init(NVIC_InitStruct);

//==================================六、使能串口====================================
	//使能USART1
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
	//使能USART1的某種中斷
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//把接收非空中斷USART_IT_RXNE使能，即一旦接收到了資訊，就引發中斷，且執行相應的中斷函式

	//下一步就要在下面定義USART1的中斷服務函式，函式名是固定的，在官方的系統系統檔案中startup_stm32f40_41xxx.s已經給出：USART1_IRQHandler
}

//================================七、撰寫中斷處理函式===============================
void USART1_IRQHandler(void)
{
	u8 res; //用來記錄接收到的資料，因為我們在上面設定的8位字長代表一個資料，所以這里可以用u8來記錄？

//==============================九、串口傳輸狀態獲取=================================
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)) //讀取USART_IT_RXNE標志位的狀態)
	{
//================================八、串口資料收發==================================
		res = USART_ReceiveData(USART1); //讀取接收到的資料
		USART_SendData(USART1, res); //把接收到的資料發出去
	}
}


//主函式
int main(void)
{
	My_USART1_Init();
	while(1); //在這里無限回圈即可，程式會自動執行 中斷 和 中斷處理函式
	
	return 0;
}

注： 如果編譯時程式出錯，可能是因為在官方庫檔案usart.c里已經定義過一個中斷處理函式USART1_IRQHandler()，把它注釋掉或者把這個檔案刪掉即可，