在学习UART之前，我们先来了解一下单片机与外围设备之间的通信：

单片机与外围设备之间的信息交换和传输我们称为通信。过去通信方式有两种：并行通信和串行通信。

并行通信：
定义：并行通信是指利用多条传输线将一个数据的各位同时传送。
传输方式：传输一个字节（8个位）的数据时，并口是将8个位一字排开，分别在8条连接线上同时传输。
特点：传输速度块，适用于短距离通信。

缺点：虽然，并行通信传输速度快，但是由于，线与线之间存在电磁干扰，会导致数据错误。而且由于线比较多，PCB布线比较麻烦，所以并行通信不常用，而串行通信用得比较广泛。

串行通信：
定义：串行通信是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送。
传输方式：传输一个字节（8个位）的数据时，串口是将8个位排好队，逐个地在1条连接线上传输。
特点：通信线路简单，适用于远距离通信和上、下机通信。

缺点：传输数度比较慢。（因为它是一位一位的传输的）

串行通信根据传输数据方式来划分的话：有同步方式和异步方式：

同步方式：即发送方和接收方的时钟频率要求一直，所以双方就需要在同步时钟线的牵引下，收、发数据需要同时进行。

异步方式：双方在相同的波特率的情况下，发送器只管发送，接收器只管接收，收发互不干涉。

串行通信根据收发数据方式来划分的话：有单工、半双工、全双工:

单工通信：数据只能单方向传输。

半双工通信：数据传输上支持双方向传输，但是不能同时进行双向传输，在同一时刻，某一端只能进行发送或者接收。

全双工通信：双工是指数据同时在两个方向上传输，是两个单工通信的结合，要求发送设备和接收设备同时具有独立的接收和发送能力。

 

波特率：

所以，双方需要约定好波特率。

我们现在来学习UART

          UART，是通用异步收发传输器（USART则是通用同步/异步收发传输器），既然是“器”，显然，它就是个设备而已，要完成一个特定的功能的硬件，它本身并不是协议。那么它要完成什么功能呢？它的最基本功能，是串行数据和并行数据之间的转换。注意：UART是TTL电平。注意：串口通信是一对一的通信，而不是像I^2C那样一对多的通信。

注意：UART、RS232、RS485，它们实际上都是串口上面的属性，只不过它们的功能不一样。UART的功能是将串行转并行，而RS232、RS485则是一种电平标准。

双工：

单工：

USART与UART的区别：
        1，USART（同步，异步可选择）（全双工，半双工可选择）
        2，UART（异步）（全双工，半双工可选择）

串口通信的作用：
        1，用于设备间的通信
        2，可以用于设备调试----printf的打印

CPU片上外设，UART模块分析：

发送数据寄存器：它接收CPU从数据总线上送来的并行数据。并加以保存。
        发送移位寄存器：它接收从发送数据寄存器送来的并行数据，并给数据加上起始位和停止位（即：帧头和帧尾），然后以发送时钟的速率把数据逐位移出，即将并行数据转换为串行数据输出。

接收数据寄存器：它从输入移位寄存器中接收并行数据，由CPU(或者DMA)取走。
        接收移位寄存器：它以接收时钟的速率把出现在串行数据输入线上的数据逐位移入，当数据装满后，并行送往接收数据寄存器，即将串行数据转换成并行数据，然后去掉起始位和停止位，然后将数据传给接收数据寄存器。

UART在发送数据时，是低位先行（即:低位先发送）还是高位先行？接收数据呢？

由图知：红线部分是从移位寄存器的尾部出发的，而移位寄存器的尾部是数据的低位，所以发送数据的时候是低位先行（即：先发送低位，再发送高位）

接收数据同理：红线部分是接移位寄存器的头部，先将低位接收，然后低位在移位寄存器中逐步往后移动，所以接收数据的时候也是低位先行（即：先接收低位，再接收高位）

UART内部总结构:

UART，一帧数据的格式：

串口数据包：11bit
        1. 起始位：低电平 1bit
        2. 数据位：8个位，低位先行  8bit
        3. 奇偶校验位：1个bit
            奇校验：指的是数据位中1的个数。如果数据位中1的个数位偶数，那么该位为1。如果数据位中1的个数位奇数，那么该位为0。
            偶校验：指的是数据位中1的个数，如果数据位中1的个数位偶数，那么该位为0。如果数据位中1的个数位奇数，那么该位为1。
        4. 停止位：高电平  1bit
        
        如果串口没有奇偶校验位：一共10个bit（1+8+1 = 10）

包含奇偶效验位：数据长度为9位（不包含起始位和停止位）

注意：正因为包含了奇偶效验位，所以数据为9位长度，所以可知，奇偶效验位属于数据位中的一员。

不包含奇偶效验位：数据长度为8位（不包含起始位和停止位）

所以我们设置数据位长度的时候，如果需要使用奇偶效验位，那么就设置为9位长度，不使用则设置为8位。

奇效验就是，如果8位数据位的1为偶数，那么再加上奇偶效验位中的1，就可以将1的个数凑成奇数。如果8位数据位的1为奇数，那么再加上奇偶效验位中的0，就可以将1的个数凑成奇数。

偶效验就是，如果8位数据位的1为偶数，那么再加上奇偶效验位中的0，就可以将1的个数凑成偶数。如果8位数据位的1为奇数，那么再加上奇偶效验位中的1，就可以将1的个数凑成偶数。

由此可知：为什么奇校验中，如果数据位中1的个数位偶数，那么该位为1。如果数据位中1的个数位奇数，那么该位为0。因为要把奇偶效验位一并算在数据位上。

        但是，一般我们不用奇偶效验位。因为，每一次接收发送一帧数据，都要对数据中的1的个数进行判断，这样传输速度就会慢一些。通常我们的校验方式都会加在通信协议上面，每个字节的校验我们一般不用。

UART函数介绍：

UART初始化函数：我们可以看到，初始化函数的结构体成员有很多，但是并不是我们都要去设置的，根据异步模式还是同步模式来设置，如果是异步模式，我们只需要设置前面6个成员就行了。如果是，同步模式，则全部成员都需要设置。

第一个成员：设置波特率，它可以直接赋值。如：直接赋值为115200

第二个成员：设置数据位长度。设置为9位长度，则是包含奇偶效验位。设置为8位长度，则是不包含奇偶效验位。

第三个成员：设置停止位

第四位成员：是否使用奇偶效验位。

第5个成员：是否使用硬件流控模式

第6个成员：使能发送/接收模式

串口助手串口设置：

这个是串口助手的串口设置，我们可以看到我们程序中需要对UART的设置与串口助手中对串口设置的对象是一模一样的。

UART外设使能函数。使能UART1还是使能UART2。

UART发送数据函数，注意：它一次只能发送一个字节，而不能多个字节一起发。因为数据寄存器只发送一个字节。

接收数据函数：它有一个返回值，返回最近接收到的一个字节数据。

获取某一个事件发生的标志位函数：通过标志位函数，检测到标志位，然后进行相应的操作。我们主要是用这4个标志位。发生则返回SET，没发生则返回RESET。注意：标志位需要自己手动去清空。

USART_FLAG_TXE：当发送数据寄存器中的数据已经取完了，该标志位就会被置1，从而引发该事件的中断。所以，其实USART_FLAG_TXE就是用来标志一个事件的，通过它的值可以知道该事件有没有发生（即发送数据寄存器中的数据有没有被取走）。当数据写完后，发送数据寄存器中的数据就会被移位寄存器取走，此时发送数据寄存器里面为空。

USART_FLAG_TC：当发送移位寄存器中的1个字节数据已经通过TX脚一位一位的移出去后，1个字节数据被发送完成，该标志位就会被置1，从而引发该事件的中断。所以，其实USART_FLAG_TC就是用来标志“发送移位寄存器中的数据有没有全部发送出去”这件事的。

USART_FLAG_RXNE：表示已经接收到了完整的数据。即接收到的数据已经从移位寄存器放到数据寄存器中，并被CPU(或者DMA)取走了。注意：此时接收数据寄存器里面的数据不会被清空，它需要保留该数据，因为可能后面需要去读这个数据。

编程步骤：

实现stm32与PC串口通信，编程步骤：
        1，打开时钟---GPIOA，串口1，AFIO 
        2，GPIO初始化
            ---GPIO_Pin_9（TX）
            ---复用推挽输出
            ---速度--2MHZ
            
            ---GPIO_Pin_10（RX）
            ---浮空输入（接收到的高低电平由片外外设来决定，所以用浮空输入模式）

3，串口初始化
            ---波特率---115200
            ---数据位数---8bit
            ---停止位---1bit
            ---奇偶校验---无
            ---硬件流控---无
            ---模式---发送和接收使能
        4，使能串口

注意：USART1、GPIOA、AFIO（复用功能）都在APB2总线上面。

编写程序：

功能：MCU从PC上面接收到的数据，又通过MCU发送到PC上面显示。

void USART1_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
    // 1，打开时钟---GPIOA，串口1，AFIO 
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

// 2，GPIO初始化
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin    =GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode   =GPIO_Mode_AF_PP;        //推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed  =GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin    =GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode   =GPIO_Mode_IN_FLOATING;        //浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

// 3，串口初始化
    USART_InitStruct.USART_BaudRate      =115200;        //波特率
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl  =USART_HardwareFlowControl_None;        //硬件流控失能
    USART_InitStruct.USART_Mode            =USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;     //注意：这里使能RX/TX是可以用或操的
    USART_InitStruct.USART_Parity               =USART_Parity_No;        //奇偶效验位
    USART_InitStruct.USART_StopBits             =USART_StopBits_1;        //停止位
    USART_InitStruct.USART_WordLength           =USART_WordLength_8b;        //数据位长度
    USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);

/*清空标志位，因为很多标志位一开始都是默认置上的（即：置1），所以我们需要在初始化的时候，就将标志位清空。如果没有这一步清空标志位，那么printf第一个字母就会打印不出来，所以我们需要在传输数据之前，就清空标志位。如果不清空标志位，那么printf函数打印的第一个字节还没来得即发送给PC，就会被第二个字节给覆盖掉了。*/

USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC|USART_FLAG_TXE);

// 4，使能串口
    USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

/*功能：MCU从PC上面接收到的数据，又通过MCU发送到PC上面显示。这样，我们就可以即可以验证接收功能是否成功，也可以验证发送功能是否成功*/

int main(void)
{
   
    Systick_Config(72);
    USART1_Config();
    printf("HELLO!\n");

while(1){

/*由于接收数据需要等移位寄存器接收数据，然后将数据移到接收数据寄存器中去，这些操作需要花费时间，如果我们不等数据接收完就马上进行下一个数据的接收，那么就会导致后面的数据将前面的数据给覆盖掉，这样的话数据就出现了错误*/
        if(SET==USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)){
            USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_RXNE);        //清空标志位
            USART_SendData(USART1,USART_ReceiveData(USART1));  //发送数据给电脑，注意：是一个字节一个字节的发送
        }
 
    }
}

注意：

1.烧录程序的时候，记得要把串口助手给关掉，否则串口被占用，无法烧录程序。

2.发送/接收都是一个字节一个字节的发送/接收的。

3.我们一开始就需要清空标志位。因为很多标志位一开始都是默认置上的（即：置1），所以我们需要在初始化的时候，就将标志位清空。如果一开始不清空标志位，那么第一个字节还没来得即发送，就会被第二个字节给覆盖掉了。

4.标志位，只是一个值，它是用来给我们写while阻塞或者中断的。接收/发生标志位置不置位，单片机都不会去自动阻塞，如果我们需要阻塞，则需要我们自己手动去写while()循环在main函数中进行手动阻塞（这也体现出了它的灵活性）。

printf重定向

我们写单片机上面写printf函数，并不能将数据打印出来，因为它没有屏幕，嘿嘿。

那么，将数据传输到PC上面，在PC上面显示不就行了吗？这是个好主意。但是，在PC上面要怎么才能打印出数据来？

我们可以借助上面学的串口UART，利用UART将数据传输到串口助手上面，将数据显示出来。

但是，又个问题。printf函数内部并没有UART函数的配置，那么我们怎么将printf与UART相结合呢？

        我们可以重写printf函数。实际上prinf函数是一个库函数，每次执行printf函数的时候，它就会调用内部的 fputc()函数。fputc()函数将数据打印在屏幕上面。所以，我们需要重新编写fputc()函数，将其内部改写成UART相关操作。

如果在单片机中需要使用printf，需要做两件事情
        1，需要重写fputc----重定向
            int fputc(int ch,FILE *f)
            {
                USART_SendData(USART1, ch);
                while(SET!=USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC))

;
                USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
                return ch;
            }
        2，使用微库
            keil---->魔术棒---->target---->USE MicroLIB打勾
            
    12》printf第一个字母打印不出来----串口配置函数
        USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC|USART_FLAG_TXE);

编写程序：

#include "stdio.h"

int fputc(int ch,FILE *f)
{
    USART_SendData(USART1, ch);
    while(SET!=USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC))    //如果一个字节数据没有发送完，那么就阻塞在这里

;
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);        //传输完数据后，手动清空标志位
    return ch;  
}

int main(){

printf("HELLO!\n");        //此时串口助手上面就打印出来HELLO!了

return 0;

}

注意：不能在中断服务函数里面中用printf函数，这样会把MCU搞晕的。

为什么可以重写printf()函数？

因为在启动文件中，printf()函数是WEAK属性

weak属性也就是，如果没有重写该函数，那么就执行库中提供的函数。如果重写了该函数的话，就执行重写后的函数。

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