嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-UART协议_UART的波特率与时钟设置.docx

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UART协议简介

1UART协议的基本概念

UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）是一种用于串行通信的协议，广泛应用于计算机和外围设备之间的数据传输。其核心功能是将并行数据转换为串行数据进行发送，以及将接收到的串行数据转换为并行数据。UART协议支持全双工通信，即数据的发送和接收可以同时进行，这在许多实时通信场景中非常有用。

1.1UART的组成

UART通常由以下几部分组成：

发送器（Transmitter）：负责将并行数据转换为串行数据，并按照设定的波特率发送出去。

接收器（Receiver）：负责接收串行数据，并将其转换为并行数据。

波特率发生器（BaudRateGenerator）：用于设定数据传输的速率，即波特率。

控制逻辑（ControlLogic）：管理数据的发送和接收，包括数据帧的格式化和错误检测。

1.2数据帧格式

UART的数据帧通常包含以下部分：

起始位（StartBit）：一个逻辑低电平，表示数据帧的开始。

数据位（DataBits）：通常为8位，表示实际传输的数据。

奇偶校验位（ParityBit）：可选，用于错误检测。

停止位（StopBit）：一个或多个逻辑高电平，表示数据帧的结束。

2UART通信的原理与过程

UART通信基于异步串行通信原理，这意味着发送和接收设备不需要共享一个时钟信号，而是通过数据帧中的起始位和停止位来同步通信。通信过程如下：

发送设备检测到数据需要发送，将TX引脚电平拉低，发送起始位。

数据位随后被发送，每个数据位的发送时间由波特率决定。

奇偶校验位（如果使用）被计算并发送，用于检测传输错误。

停止位被发送，将TX引脚电平拉高，表示数据帧的结束。

接收设备检测到起始位后，开始接收数据位，并根据波特率同步接收。

接收设备在接收到停止位后，完成一个数据帧的接收，并准备接收下一个数据帧。

2.1波特率与时钟设置

波特率是UART通信中的关键参数，它定义了每秒传输的位数。为了确保发送和接收设备之间的数据同步，双方必须设置相同的波特率。波特率的计算通常基于系统时钟频率，通过一个分频器来调整。

2.1.1示例：设置STM32的UART波特率为9600

在STM32微控制器中，设置UART波特率涉及以下步骤：

配置时钟：确保UART模块的时钟被正确配置。

设置波特率：根据系统时钟频率计算波特率寄存器的值。

//导入必要的头文件

#includestm32f1xx_hal.h

//UART配置结构体

UART_HandleTypeDefhuart1;

//初始化UART1

voidUART1_Init(void)

{

//配置时钟

__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

//配置波特率

huart1.Instance=USART1;

huart1.Init.BaudRate=9600;

huart1.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B;

huart1.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1;

huart1.Init.Parity=UART_PARITY_NONE;

huart1.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX;

huart1.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE;

huart1.Init.OverSampling=UART_OVERSAMPLING_16;

//初始化UART

HAL_UART_Init(huart1);

}

2.2代码解释

在上述代码中，我们首先启用了USART1的时钟。然后，我们配置了huart1结构体，设置了波特率为9600，数据位长度为8位，停止位为1位，无奇偶校验，通信模式为全双工，无硬件流控制，过采样率为16。最后，我们调用HAL_UART_Init函数来初始化UART模块。

2.3波特率计算

在STM32中，波特率的计算公式如下：

[=]

其中，USART_BRR是USART_BaudRateRegister寄存器的值，系统时钟频率是微控制器的主时钟频率。通过调整USART_BRR的值，我们可以设置不同的波特率。

2.4结论

UART协议通过异步串行通信的方式，实现了设备之间的数据传输。正确设置波特率和时钟是确保UART通信稳定和准确的关键。通过上述代码示例，我们可以看到在STM32微控制器中如何配置UART模块以实现特定