寫這個文章是用來學習的,記錄一下我的學習過程。希望我能一直堅持下去,我只是一個小白,只是想好好學習,我知道這會很難，但我還是想去做！

本文寫于：2025.04.08

前言

? ?本次筆記是用來記錄我的學習過程,同時把我需要的困難和思考記下來,有助于我的學習，同時也作為一種習慣,可以督促我學習,是一個激勵自己的過程,讓我們開始32單片機的學習之路。
? ?歡迎大家給我提意見,能給我的嵌入式之旅提供方向和路線，現在作為小白,我就先學習32單片機了,就跟著B站上的江協科技開始學習了.
? ?在這里會記錄下江協科技32單片機開發板的配套視頻教程所作的實驗和學習筆記內容，因為我之前有一個開發板,我大概率會用我的板子模仿著來做.讓我們一起加油！
? ?另外為了增強我的學習效果：每次筆記把我不知道或者問題在后面提出來,再下一篇開頭作為解答！

開發板說明

? ?本人采用的是慧凈的開發板,因為這個板子是我N年前就買的板子,索性就拿來用了。另外我也購買了江科大的學習套間。
? ?原理圖如下
1、開發板原理圖

2、STM32F103C6和51對比

3、STM32F103C6核心板

視頻中的都用這個開發板來實現,如果有資源就利用起來。另外也計劃實現江協科技的套件。

下圖是實物圖

引用

【STM32入門教程-2023版 細致講解 中文字幕】
還參考了下圖中的書籍:
STM32庫開發實戰指南：基于STM32F103（第2版）

數據手冊

解答和科普

一、USART結構

波特率發生器：就是分頻器；
波特率，數據位，停止位，校驗位配置；
硬件流控制，A發的太快了B原本只能拋棄新數據或者覆蓋原數據，如果有硬件流控制，在硬件電路上，會多出一根線，如果B沒準備好接受，置高電平，如果準備好了就置低電平，A接受到了B反饋的信號，就只會在B準備好的時候，才發數據；可以防止B處理數據慢，導致數據丟失；STM32也有，一般不用。兼容其他的的協議。
USART1(APB2) 開啟時鐘注意一下；

這里有TX和RX，這兩個就是發送和接受引腳，下面的 SW_RX、IRDA_OUT/IN這些是智能卡和IRDA通信的引腳，我們不用這些協議，所以這些引腳就不用管，


發送或接收的字節數據就存在這里，上面有兩個數據寄存器，一個是發送數據寄存器TDR，另一個是接受數據寄存器RDR，這兩個寄存器占用同一個地址，就和51單片機串口的SBUFF寄存器一樣，在程序上，只表現為一個寄存器，就是數據寄存器DR，但實際硬件中，是分成了兩個寄存器，一個用于發送TDR，一個用于接受RDR，TDR是只寫的，RDR是只讀的，當你進行寫操作時，數據就寫入到TDR，當你進行讀操作時，數據就是從RDR讀出來的；
下面是兩個移位寄存器，一個用于發送，一個用于接受，發送移位寄存器的作用就是，把一個字節的數據一位一位地移出去，正好對應串口協議的波形數據位，這兩個寄存器是怎么工作的，比如你在某時刻給TDR寫入了0x55這個數據，在寄存器里就是二進制存儲，0101 0101，那么此時硬件檢測到你寫入數據了，他就會檢查，當前移位寄存器是不是有數據正在移位，如果沒有這個0101 0101就會立刻，全部移動到發送移位寄存器，準備發送，當數據從TDR移動到移位寄存器時，會只一個標志位，叫TXE，發送寄存器空，我們檢查這個標志位，如果置1了，我們就可以在TDR寫入下一個數據了，注意一下，當TXE置1時，數據其實還沒有發送數據，只要數據從TDR轉移到發送移位寄存器了，TXE就會置1，我們就可以寫入新的數據了；

然后發送移位寄存器就會在下面這里的發生器控制的驅動下，向右移位，然后一位一位地，把數據輸出到TX引腳，這里是向右移位的，正好和串口協議規定的低位先行，是一致的，當數據移位完成后，新的數據就會再次自動地從TDR轉移到發送移位寄存器里來，如果當前移位寄存器移位還沒有完成，TDR的數據就會進行等待，一但移位完成，就會立刻轉移過來，有了TDR和移位寄存器的雙重緩存，可以保證連續發數據的時候，數據幀之間不會
有空閑，提高了工作效率，簡單來說就是你數據一但從TDR轉移到移位寄存器了，管你有沒有移位完成，我就立刻把下一個數據放在TDR等著，一但移完了，新的數據就會立刻跟上，這樣做，效率就會比較高；
接收端也是這樣，數據從RX引腳通向接受移位寄存器，在接收器控制的驅動下，一位一位地讀取 RX電平，先放在最高位，然后向右移，移位8次就接收一個字節，同樣，串口協議規定低位先行，所以接受移位寄存器是從高位往低位這個方向移動的，之后，當一個字節移位完成之后，這一個字節的數據就會整體地一下子轉移到接受寄存器RDR里面，在轉移的過程中，也會置一個標志位，叫RXNE,接受寄存器為非空，當檢測到RXNE置1之后，就可以把數據讀走了，同樣這里也是兩個寄存器緩存，當數據從移位寄存器轉移到RDR時，就可以直接移位接受下一幀數據了，這就是USART外設整個的工作流程，主要功能就差不多了，就是數據寄存器和移位寄存器，發送移位寄存器往TX引腳移位，接收移位寄存器從RX引腳移位，當然發送還需加上幀頭幀尾，接受還需提出幀頭幀尾，這些操作，它內部有電路自動執行，

發送器控制,就是用來控制發送移位寄存器的工作的，接收器控制，用來控制接受移位寄存器的工作，左邊有一個硬件流控制，簡稱流控，如果設備發的太快，接收設備來不及處理，就會出現丟棄或覆蓋數據的現象，那有了流控，就可以避免這個問題了，這里流控有兩個引腳一個是nRTS：請求發送，也就是告訴別人，我當前能不能接收，是輸出腳，一個是nCTS：也就是用來接收別人的nRTS信號的，n代表的是低電平有效，首先得找另一個支持流控的串口，它的TX接到我的RX，然后我的RTS要輸出一個能不能接受的反饋信號，接到對方的CTS，當我能接收的時候，RTS就置低電平，請求對方發送，對方的CTS接收到之后，就可以一直發，當我處理不過來的時候，比如接受寄存器我一直沒有讀，又有新的數據過來了，現在就代表我沒有及時處理，那RTS就會置高電平，對方CTS接收到之后，就會暫停發送，直到這里接受寄存器數據寄存器被讀走，RTS被置低電平，新的數據才會繼續發送，那反過來，當我的TX給對方發送數據時，我們CTS就要接到對方的RTS，用于判斷 對方能不能接受，TX和CTS是一對，RX和RTS是一對，CTS和RTS也要交叉連接，這就是流控的工作模式；

右邊這塊電路是用來產生同步的時鐘信號，它是配合發送移位寄存器輸出的，發送寄存器每移位一次，同步時鐘電平就跳變一個周期，時鐘告訴對方，我移出去一位數據了，你看要不要讓我這個時鐘信號來指導你接收一下，當然這個時鐘只支持輸出，不支持輸入，所以兩個USART之間，不能實現同步的串口通信，那這個時鐘有什么用呢：第一個，兼容別的協議，比如串口加上時鐘之后，就更SPI協議特別像，所以有了時鐘輸出的串口，就可以兼容SPI，另外這個時鐘也可以做自適應波特率，比如接收設備不確定發送設備給的什么波特率，那就可以測量一下這個時鐘周期，然后再計算得到波特率，不過這就需要另外寫程序來實現這個功能了，這個時鐘功能一般不用；

喚醒單元：這部分的作用是實現串口掛載多設備，我們之前說，串口一般是點對點的通信，點對點，只支持兩個設備互相通信，想發數據直接發就行，而多設備，在一條總線上，可以接多個從設備，每個設備分配一個地址，我想和某個設備通信，就先進行尋址，確定通信對象，再進行數據收發，那回到這里，這個喚醒單元就可以用來實現多設備的功能，在這里，可以給串口分配一個地址，當你發送指定地址時，此設備喚醒開始工作，當你發送別的設備地址時候，別的設備就喚醒工作，這個設備沒收到地址，就會保持沉默，這樣就可以實現多設備的串口通信了，一般也不用；

中斷輸出控制，中斷申請位，就是狀態寄存器這里的各種標志位，狀態寄存器這里，有兩個標志位比較重要，一個是TXE發送寄存器，另一個是RXNE接受寄存器非空，這兩個是判斷發送狀態和接受狀態的必要標志位，剩下的標志位，了解一下就行；
中斷輸出控制：就是配置中斷是不是能通向NVIC；
最下面時波特率發生器：其實就是分頻器，APB時鐘進行分頻，得到發送和接受移位的時鐘，這里時鐘輸入是fPCLKx（x=1或2）， USART1掛載在APB2，所以就是PCLK2的時鐘，一般是72M,其他的都掛載在APB1，所以是PCLK1的時鐘，一般是36M，之后這個時鐘進行分頻，除以個USARTDIV的分頻系數，USARTDIV里面就是右邊這樣，是一個數值，并且分為了整數部分和小數部分，因為有些波特率，用72M除一個整數的話，可能除不盡，會有誤差，所以這里分頻系數是支持小數點后4位的，分頻就更加精準，之后分頻完之后，還要再除個16，得到發送器時鐘和接收器時鐘，通向控制部分，然后右邊這里，如果TE(TX Enable)為1，就是發送器使能了，發送部分的波特率就有效；如果RE為1，那就是接收器使能了，接收部分的波特率就有效。到這里這個串口的主體結構就看完了。
看看寄存器描述，就知道怎么控制的。

這些引腳都必須按照引腳定義里規定的來，或者看看有沒有重映射。

最左邊是波特率發生器，用于產生約定的通信速率，時鐘來源是PCLK2或1，經過波特率分頻器后，產生的時鐘通向發送控制器和接收控制器，發送控制器和接收控制器，用來控制發送移位和接收移位，之后，由發送數據寄存器和發送移位寄存器這兩個寄存器的配合，將數據一位一位地移出去，通過GPIO的復用輸出，輸出到TX引腳，產生串口協議規定的波形，這里畫了幾個右移的符號，就是代表這個移位寄存器是往右移的，是低位先行，當數據由數據寄存器轉到移位寄存器時，會置一個TXE的標志位，我們判斷這個標志位，就可以知道是不是可以寫下一個數據了，然后接收部分也是類似；
RX引腳的波形，通過GPIO輸入，在接收控制器的控制下，一位一位地移入接收移位寄存器，這里畫了右移的符號，也是右移的，因為是低位先行，所以要從左邊開始移進來，移完一幀數據后，數據就會統一轉運到接受數據寄存器，在轉移的同時，置一個RXNE標志位，我們檢查這個標志位，就可以知道是不是收到數據了，同時這個標志位也是可以去申請中斷，這樣就可以在收到數據時，直接進入中斷函數，然后快速地讀取和保存數據，那右邊實際上有四個寄存器，但在軟件寄存器，只有一個DR寄存器可以供我們讀寫，寫入DR時，數據走上面這條路，進行發送，讀取DR時，數據走下面這條路，進行接收，這就是USART進行串口數據收發的過程；
最后右下角，是一個開關控制，就是配置完成之后，用Cmd開啟一下外設。

二、數據幀

這個圖是在程序中配置8位字長和9位字長的波形比較，這里的字長就是前面說的數據位長度，它這里的字長，是包含校驗位的額，是這種描述方式。
第一條時序，很明顯就是TX發送或者RX接收的數據幀格式，空閑高電平，然后起始位0，然后根據寫入的數據，置1或0，一次發送位0到位8，加起來就是9位，最后停止位1，數據幀結束；在這里位8，也就是第9個位置，是一個可能的奇偶校驗位，通過配置寄存器就可以配置成奇校驗、偶校驗或者無校驗，這里可以選擇配置成8位有效載荷+1位校驗位，也可以選擇9位全都是有效載荷，不過既然選擇了9位字長，一般都是要加上校驗位的，因為8位有效載荷，正好對應一個字節；
下面這個時鐘，就是之前說的同步時鐘輸出的功能，可以看到，這里在每個數據位的中間，都有一個時鐘上升沿，時鐘的頻率，和數據速率也是一樣的，接收端可以在時鐘上升沿進行采樣，這樣就可以精準定位每一位數據，這個時鐘的最后一位，可以通過這個LBCL位控制，要不要輸出，另外這個時鐘的極性、相位什么的，也是可以通過配置寄存器配置；
一個是空閑幀，一個是斷開幀是局域網用的。

8位字長的波形，這里的數據位是從位0一直到位7，總共是8位，比上面這個少了一個位8，同樣這個最后一位位7，也是一個可能的奇偶校驗位，還是同樣既然你選擇了8位字長，那這里最好就選擇無校驗，要不然你校驗位占1位，有效載荷就剩下7位了，一個字節都發不了；總共有4種選擇：9位字長，有校驗無校驗，8位字長，有校驗無校驗；最好選擇9位字長，有校驗或者8位字長，無校驗這兩種，這樣每一幀的有效載荷都會死一個字節，比較舒服。

數據幀不同停止位：STM32串口可以配置停止位長度為0.5,1,1.5,2這四種，這四種參數的區別就是停止位的時長不一樣：
1個停止位：這時停止位的時長就和數據位的一位，時長一樣；
1.5個停止位：這時停止位就是數據位一位時長的1.5倍；
2個停止位：這時停止位就是數據位一位時長的2倍；
0.5個停止位：這時停止位就是數據位一位時長的0.5倍.

這兩個圖展示的是USART電路輸入數據的一些策略：對于串口來說，根據前面的介紹，可以想到，串口的輸出TX應該是比輸入RX簡單很多，輸入你就定時翻轉TX引腳高低電平就行了，但是輸入，就復雜一些，你不僅要保證，輸入的采樣頻率和波特率一致， 還要保證每次輸入采樣的位置，要正好處于每一位的正中間，只有在每個電平的正中間采樣，這樣的高低電平讀進來，才是最可靠的，如果你采樣點過于靠前或者靠后，那就可能高低電平還在翻轉，電平還不穩定，或者少有誤差，數據就采樣錯了，另外，輸入最后還要對噪聲有一定的判斷能力，如果是噪聲，最好能置個標志位提醒我一下，這些就是輸入數據所面臨的問題，那看一下STM32是如何來設計輸入電路的。
首先第一個圖，這里展示的是USART的起始位 幀測 ，當輸入電路偵測到一個數據幀的起始位后，就會以波特率的頻率，連續采樣一幀數據，同時，從起始位開始，采樣位置就要對齊到位的正中間,只要第一位對齊了，后面就肯定都是對齊的，那為了實現這些功能，首先輸入的這部分電路對采樣時鐘進行了細分，它會以波特率的16倍頻率進行采樣，也就是在一位的時間里，可以進行16次采樣，最開始，空閑狀態高電平，那采樣就一直是1，在某個位置，突然采到一個0，那么就說明，在這兩次采樣之間，出現了下降沿，如果沒有噪聲，那之后就應該是起始位了，在起始位，會進行連續16次采樣，沒有噪聲的話，這16位采樣肯定就都是0，這沒問題，但是實際電路還是會存在一些噪聲的，所以及時這里出現下降沿了，后續也要再采樣幾次，以防萬一，根據手冊的描述，這會接收電路，還會在下降沿之后的第3次、5次、7次，進行一批采樣，在第8次、9次、10次，再進行一批采樣，且這兩批采樣，都要要求每3位里面至少應有2個0，沒有噪聲，那肯定全是0，滿足情況，如果有一些輕微噪聲，導致這3位里面只有兩個0，另一個是1，那也算是檢測到了起始位，但是在狀態寄存器會置一個NE，噪聲標志位，就是提醒你一下，數據我收到了，但是有噪聲，你小心點，如果這三位只有一個0，那就不算檢測到了起始位，可能前面那個下降沿是噪聲導致的，這時電路就忽略前面的數據，重新開始捕捉下降沿，這就是STM32的串口，在接收過程中，對噪聲的處理，如果通過了這個起始位偵測，那接受狀態就由空閑，變為接收起始位，同時第8、9、10次采樣的位置，就正好是起始位的正中間，之后，接收數據位時，就都在第8、9、10次，進行采樣，這樣就能保證采樣位置在位的正中間了，這就是起始位偵測和采樣位置對齊的策略；

這里，從1到16，是一個數據位的時間長度，在一個數據位，有16個采樣時鐘，由于起始位偵測已經對齊了采樣時鐘，所以這里就直接在第8、9、10次采樣數據位，為了保證數據的可靠性，這里是連續采樣3次，沒有噪聲的理想情況下，這3次肯定全為1或者全為0，全為1，就認為收到了1，全為0，就認為收到了0，如果有噪聲，導致3次采樣不是全為1,或者全為0，那就按照2:1的規則來，2次為1，那就認為收到了1，在這種情況下，噪聲標志位NE也會置1，告訴你，我收到數據了，但是有噪聲，你小心點，這就是檢測噪聲的數據采樣，可見STM32對這個電路的設計考慮還是很充分的；

波特率發生器就是分頻器，發送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里面的DIV確定，DIV分為整數和小數部分，可以實現更細膩的分頻，那波特率和分頻系數的關系，可以由這個計算公式進行計算：波特率=PCLK2/1的時鐘頻率/16倍的DIV，為什么這里多了一個16，因為它內部還有一個16倍波特率的采樣時鐘，所以這里輸入時鐘/DIV要等于16倍的波特率，最終計算波特率，自然要多除一個16了，幾個例子，比如我要配置USART1為9600的波特率，那如何配置這個BRR寄存器，代入公式，9600=72M/(16*DIV),解出來DIV=72M/9600/16,468.75,轉換成二進制，11101 0100 .11；

最左邊是USB端口，USB有四根線，GND、D+、D-、VCC, USB標準供電時5V，然后中間D+和D-是通信線，走的也是USB協議，所以這里需要一個CH340芯片轉換一下，轉換之后輸出的就是TXD和RXD，是串口協議，最后通過排針引出來，那需要注意的就是這邊的供電策略，首先，所有的電都是這個VCC+5V來的，然后VCC+5V通過這個穩壓管電路進行降壓，得到VCC+3.3V，之后VCC+5V和VCC+3.3V，都通過排針引出來了，所以這個第6腳和第4腳，是分別有5V和3.3V輸出的，很多人迷惑的是這個第5腳，板子上標的是VCC，這個引腳，通過原理圖可以看到，它是通向CH340芯片的VCC上，所以這個第5腳，實際上是CH340的電影輸入腳，一般我們這個模塊的排針會有一個跳線帽，這個跳線帽需要插在4、5腳或者5、6腳上，右邊也有文字說明，5V到VCC，CH340供電為5V,TTL電平為5V,短路3V3到VCC，CH340供電為3.3V，TTL電平為3.3V，所以這個跳線帽是用來選擇通信電平的，也是給CH340供電的，所以最好不要拿掉，如果你拿掉了，就相當于這整個芯片，沒有供電，即使把跳線帽拔掉，不給芯片供電，這個串口還是能工作的，可能是從別的地方汲取的電流，也有可能是其他地方，測試一下，不差跳線帽，通信電平是3.3V,不過為了穩定，最好還是插上跳線帽，STM32通信需要3.3V，所以把跳線帽插在4,5腳上就行了。

然后就是數據手冊了。

問題

總結

本節課主要學了STM32的USART串口的外設，以及工作流程是什么樣的，最左邊是波特率發生器，用于產生約定的通信速率，時鐘來源是PCLK2或1，經過波特率分頻器后，產生的時鐘通向發送控制器和接收控制器，發送控制器和接收控制器，用來控制發送移位和接收移位，之后，由發送數據寄存器和發送移位寄存器這兩個寄存器的配合，將數據一位一位地移出去，通過GPIO的復用輸出，輸出到TX引腳，產生串口協議規定的波形，這里畫了幾個右移的符號，就是代表這個移位寄存器是往右移的，是低位先行，當數據由數據寄存器轉到移位寄存器時，會置一個TXE的標志位，我們判斷這個標志位，就可以知道是不是可以寫下一個數據了，然后接收部分也是類似；
RX引腳的波形，通過GPIO輸入，在接收控制器的控制下，一位一位地移入接收移位寄存器，這里畫了右移的符號，也是右移的，因為是低位先行，所以要從左邊開始移進來，移完一幀數據后，數據就會統一轉運到接受數據寄存器，在轉移的同時，置一個RXNE標志位，我們檢查這個標志位，就可以知道是不是收到數據了，同時這個標志位也是可以去申請中斷，這樣就可以在收到數據時，直接進入中斷函數，然后快速地讀取和保存數據，那右邊實際上有四個寄存器，但在軟件寄存器，只有一個DR寄存器可以供我們讀寫，寫入DR時，數據走上面這條路，進行發送，讀取DR時，數據走下面這條路，進行接收，這就是USART進行串口數據收發的過程；
最后右下角，是一個開關控制，就是配置完成之后，用Cmd開啟一下外設。
還學習了USB轉串口的原理圖。