在 STM32 微控制器中，UART（通用異步收發傳輸器）通信通過多個寄存器實現配置和數據傳輸。下面詳細解析 UART 的核心寄存器及其功能。

1. 狀態寄存器（USART_SR）

狀態寄存器反映 UART 當前的工作狀態，用于判斷數據傳輸是否完成、是否接收到數據等。

主要位功能

應用場景

• 發送數據：檢查TXE或TC標志，確保緩沖區為空或傳輸完成。
• 接收數據：檢查RXNE標志，確認有新數據可讀。
• 錯誤處理：檢查ORE、PE等標志，處理通信異常。

2. 數據寄存器（USART_DR）

數據寄存器用于存儲發送和接收的數據，實際由兩個獨立的寄存器組成：

• 發送緩沖區寄存器（TDR）：寫入DR時，數據被存入 TDR，隨后傳輸到移位寄存器。
• 接收緩沖區寄存器（RDR）：接收到的數據先存入移位寄存器，再轉移到 RDR，讀取DR時獲取 RDR 內容。

注意事項

• 數據位寬由CR1的M位決定（8 位或 9 位）。
• 寫入DR會清除TXE標志，讀取DR會清除RXNE標志。

3. 波特率寄存器（USART_BRR）

波特率寄存器用于配置 UART 的通信速率，計算公式如下：

波特率 = fPCLK / (16 * USARTDIV)

其中：

• fPCLK：UART 時鐘頻率（APB 總線時鐘）。
• USARTDIV：分頻系數，由BRR寄存器的整數部分（[15:4]）和小數部分（[3:0]）組成。

示例

假設fPCLK = 84MHz，波特率為 115200：

USARTDIV = 84000000 / (16 * 115200) ≈ 45.5729
整數部分 = 45 (0x2D)
小數部分 = 0.5729 * 16 ≈ 9 (0x9)
BRR = 0x2D9

4. 控制寄存器 1（USART_CR1）

控制寄存器 1 用于配置 UART 的基本功能，如使能、字長、奇偶校驗等。

主要位功能

5. 控制寄存器 2（USART_CR2）

控制寄存器 2 主要用于配置停止位、LIN 模式等。

主要位功能

6. 控制寄存器 3（USART_CR3）

控制寄存器 3 用于配置高級功能，如硬件流控制、DMA 等。

主要位功能

7. 中斷和狀態寄存器（USART_ISR）

在 STM32F4 及更高系列中，ISR替代了SR寄存器，功能類似但增加了更多狀態位，如忙標志（BUSY）。

寄存器操作示例

1. 初始化 UART（115200 波特率，8N1）

// 假設fPCLK=84MHz
USART1->BRR = 0x2D9;         // 設置波特率為115200
USART1->CR1 = USART_CR1_TE | // 使能發送USART_CR1_RE | // 使能接收USART_CR1_UE;  // 使能UART
USART1->CR2 = 0;             // 1個停止位
USART1->CR3 = 0;             // 禁用硬件流控制

2. 發送單個字符

while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE)); // 等待發送緩沖區為空
USART1->DR = 'A';                     // 發送字符'A'

3. 接收單個字符

while (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE)); // 等待接收緩沖區非空
char c = USART1->DR;                   // 讀取接收到的字符

4. 啟用接收中斷

USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; // 使能接收緩沖區非空中斷
NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);     // 使能USART1中斷

總結

UART 寄存器的核心操作包括：

1. 初始化：配置波特率（BRR）、字長（CR1.M）、停止位（CR2.STOP）、校驗位（CR1.PCE）。
2. 發送控制：通過SR.TXE或SR.TC判斷發送狀態，寫入DR發送數據。
3. 接收控制：通過SR.RXNE判斷接收狀態，讀取DR獲取數據。
4. 中斷配置：通過CR1使能各類中斷（如RXNEIE、TXEIE），并配置 NVIC。