STM32F10xxx架構：通用同步異步收發(fā)器USART--USART通用

USART利用分數波特率發(fā)生器提供寬范圍的波特率選擇。支持同步單向通信和半雙工單線通信，也支持LIN（局部互聯(lián)網）、智能卡協(xié)議、IrDA（紅外數據組織）SIR ENDEC規(guī)范、調制解調器（CTS/RTS）操作。允許多處理器通信。使用多級緩沖配置的DMA方式，可以實現(xiàn)高速數據通信。

USART主要特性：

全雙工異步通信，NRZ標準格式，分數波特率發(fā)生器系統(tǒng)（發(fā)生和接收共用的可編程波特率，最高達4.5Mbits/s），8-9位數據長度，1-2位停止位，LIN主發(fā)送同步斷開符的能力及LIN從檢測斷開符的能力（當配置成LIN時生成13位斷開符，檢測10/11位斷開符），發(fā)送方為同步傳輸提供時鐘，IRDA SIR編解碼器（正常模式下支持3/16位持續(xù)時間），智能卡模擬功能（支持ISO7816-3標準的異步智能卡協(xié)議，用到0.5/1.5個停止位），單線半雙工通信，可配置的使用DMA的多緩沖器通信（在SRAM里利用集中式DMA緩沖接收/發(fā)送字節(jié)），單獨的發(fā)送器和接收器使能位，檢測標志（接收緩沖器滿，發(fā)送緩沖器空，傳輸結束標志），校驗控制（發(fā)送校驗位，對接收數據進行校驗），四個錯誤檢測標志（溢出，噪音，幀錯誤，校驗錯誤），10個帶標志中斷源（CTS改變，LIN斷開符檢測，發(fā)送數據寄存器空，發(fā)送完成，接收數據寄存器滿，檢測到總線為空閑，溢出錯誤，幀錯誤，噪音錯誤，校驗錯誤），多處理器通信（如果地址不匹配，則進入靜默模式），從靜默模式中喚醒（通過總線檢測和地址標志檢測），兩種喚醒接收器的方式（地址位MSB 第9位，總線空閑）。

USART功能概述：

1、USART雙向通信至少需要兩個腳：RX（接收數據輸入）、TX（發(fā)送數據輸出）。

RX：接收數據串行輸入，通過采樣技術來區(qū)別數據和噪音，從而恢復數據。

TX：發(fā)送數據輸出，當發(fā)送器被禁止時，輸出引腳恢復到它的IO端口配置。當發(fā)送器被激活并且不發(fā)送數據時，TX引腳處于高電平。在單線和智能卡模式里，此引腳被同時用于數據的發(fā)送和接收。

總線在發(fā)送和接收前應處于空閑狀態(tài)，起始位（1個），數據位（1個，8-9位，最低有效位在前），停止位（0.5,1.5,2位，表明數據幀結束），分數波特率發(fā)生器（12位整數和4位小數的表示方法），狀態(tài)寄存器1個（USART_SR），數據寄存器1個（USART_DR），波特率寄存器1個（USART_BRR，12位整數和4位小數）。一個智能卡模式下的保護時間寄存器（USART_GTPR）。

2、USART工作于同步模式時，需要一個引腳：CK。

CK：發(fā)送器時鐘的輸出，此引腳輸出用于同步傳輸的時鐘。在start和stop位上沒有時鐘脈沖，軟件可選地，可以在最后一個數據位送出一個時鐘脈沖。數據可以在RX上同步被接收。這可以用來控制帶移位寄存器的外部設備（例如LCD驅動器），時鐘相位和極性都是軟件可編程的。在智能卡模式里，CK可以為智能卡提供時鐘。

3、USART工作于IRDA模式時，需要兩個引腳：IRDA_RDI（數據輸入），IRDA_TDO（數據輸出）

4、USART工作于硬件流控模式時，需要兩個引腳：nCTS，nRTS。

nCTS：清除發(fā)送，若是高電平，在當前數據傳輸結束時阻斷下一次的數據發(fā)送。

nRTS：發(fā)送請求，若是低電平，表明USART準備好接受數據。

USART特性描述：

字長可以通過編程USART_CR1寄存器中的M位，選擇成8位或者9位。在起始位期間，TX腳處于低電平，在停止位期間處于高電平。

空閑符號被視為完全由“1”組成的完整的數據幀，后面跟著包含了數據的下一幀的開始位（“1”的位數也包含了停止位的位數）。

斷開符號被視為在一個幀周期內全部接收到“0”（包括停止位期間，也是“0”）。在斷開幀結束時，發(fā)送器再插入1或2個停止位（“1”）來應答起始位。

發(fā)送和接收由一共用的波特率發(fā)生器驅動，當發(fā)送器和接收器的使能分別置位時，分別為其產生時鐘。

USART寄存器描述：

1、USART狀態(tài)寄存器（USART_SR）

1】地址偏移：0x00，復位值：0x00C0

2】位31-位10：保留位，硬件強制為0

位9：CTS（CTS標志位）：在USART4和USART5上不存在這一位。參照上文所述的硬件流模式（USART功能概述里面）。如果設置了“CTSE位”，當nCTS輸入變化狀態(tài)時，該位被硬件置高。由軟件將其清零。如果USART_CR3中的CTSIE為“1”，則產生中斷。 置為0時，表示nCTS狀態(tài)線上沒有變化，置為1時，表示nCTS狀態(tài)線上發(fā)生變化。

位8：LBD（LIN斷開檢測標志）：當探測到LIN斷開時，該位由硬件置“1”，由軟件清“0”（向該位寫0）。如果USART_CR3中的LBDIE為“1”，則產生中斷。 置為0時，表示沒有檢測到LIN斷開，置為1時，表示檢測到LIN斷開。

位7：TXE（發(fā)送數據寄存器空）：當TDR寄存器中的數據被硬件轉移到移位寄存器的時候，該位被硬件置位，如果USART_CR1寄存器的TXEIE為1，則產生中斷。對USART_DR的寫操作，將該位清零。注意在單緩沖器傳輸中使用該位。 置為0時表示數據還沒有被轉移到移位寄存器，置為1時，表示數據已經被轉移到移位寄存器。

位6：TC（發(fā)送完成）：當包含數據的一幀發(fā)送完成后，并且TXE=1時，由硬件將該位置1。如果USART_CR1中的TCIE為1，則產生中斷。由軟件序列清除該位（先讀USART_SR，然后寫入USART_DR）。TC位也可以通過寫“0”來清除，只有在多緩沖通訊中才推薦這種清除程序。置為0時，表示發(fā)送未完成，置為1時，表示發(fā)送完成。

位5：RXNE（讀數據寄存器非空）：當RDR移位寄存器中的數據被轉移到USART_DR寄存器中，該位被硬件置位。如果USART_CR1寄存器中的RXNEIE為1，則產生中斷。對USART_DR的讀操作可以將該位清0。RXNE位也可以通過寫0來清除，只有在多緩沖通訊錄中才推薦這種清除程序。置為0表示數據沒有收到，置為1表示收到數據，且可以讀出。

位4：IDLE（檢測到總線空閑）：當檢測到總線空閑時，該位被硬件置位。如果USART_CR1中的IDLEIE為1，則產生中斷。由軟件序列清除該位（先讀USART_SR，然后讀USART_DR）。置為0時，表示沒有檢測到空閑總線，為1時表示檢測到空閑總線。備注：IDLE位不會被置高直到RXNE位被置起（即又一次檢測到空閑總線）

位3：ORE（過載錯誤）：當RXNE仍然是1的時候，當前被接收在移位寄存器中的數據，需要傳送至RDR寄存器時，硬件將該位置位。如果USART_CR1中的RXNEIE為1的話，則產生中斷。由軟件序列將其清零（先讀USART_SR，然后讀USART_CR）。置為0時表示沒有過載錯誤，置為1時表示檢測到過載錯誤。備注：如果該位被置位時，RDR寄存器的值不會丟失。但是移位寄存器中的數據會被覆蓋。如果設置了EIE位，在多緩沖器通信模式下，ORE標志置位會產生中斷。

位2：NE（噪聲錯誤標志）：當接收到的幀檢測到噪音時，由硬件對該位置位。由軟件序列對其清零（先讀USART_SR，然后讀USART_DR）。置為0時表示沒有檢測到噪聲，置為1時表示檢測到噪聲。備注：該位不會產生中斷，因為它和RXNE一起出現(xiàn)，硬件會在設置RXNE標志時產生中斷。在多緩沖區(qū)通信模式下，如果設置了EIE位，則設置NE標志時會產生中斷。

位1：FE（幀錯誤）：當檢測到同步錯位，過多的噪聲或者檢測到斷開符，該位被硬件置位，由軟件序列將其清零，先讀USART_SR，再讀USART_DR。為0時表示沒有檢測到幀錯誤，為1時表示檢測到幀錯誤或者break符。備注：該位不會產生中斷，因為它和RXNE一起出現(xiàn)，硬件會在設置RXNE標志時產生中斷。如果當前傳輸的數據既產生了幀錯誤，又產生了過載錯誤，硬件還是會擠出該數據的傳輸，并且只設置ORE標志位。在多緩沖區(qū)通信模式下，如果設置了EIE位，則設置FE標志會產生中斷。

位0：PE（校驗錯誤）：在接收模式下，如果出現(xiàn)奇偶校驗錯誤，硬件對該位置位。由軟件序列對其清零（依次讀USART_SR和USART_DR）。在清除PE位前，軟件必須等待RXNE標志位被置“1”。如果USART_CR1中的PEIE為“1”，則產生中斷。置為0時表示沒有奇偶校驗錯誤，置為1時表示存在奇偶校驗錯誤。

2、USART數據寄存器（USART_DR）

1】地址偏移：0x04，復位值：不定

2】位31-9：保留位，硬件強制為0；

位8-0：DR[8:0]，數據值。包含了發(fā)送和接收的數據。由于它是由兩個寄存器組成的，一個給發(fā)送用（TDR），一個給接受用（RDR），該寄存器兼具讀和寫的功能。TDR寄存器提供了內部總線和輸出移位寄存器之間的并行接口。RDR寄存器提供了輸出移位寄存器和內部總線之間的并行接口。當使能校驗位（USART_CR1中的PCE位被置位）進行發(fā)送時，寫到MSB的值（根據數據長度不同，MSB是第7位或者第8位）會被后來的校驗位所取代。當使能校驗位進行接收時，讀到MSB位時接收到的校驗位。

3、波特比率寄存器（USART_BRR）

1】地址偏移：0x08，復位值：0x0000

2】位31-16：保留位，硬件強制置為0；

位15-4：DIV_Mantissa[11:0]，USARTDIV的整數部分。這12位定義了USART分頻器除法因子（USARTDIV）的整數部分。

位3-0：DIV_Fraction[3:0]，USARTDIV的小數部分。

例1：若DIV_Mantissa = 27，DIV_Fraction=12（USART_BRR = 0x1BC），則：

Mantissa（USARTDIV） = 27

Fraction（USARTDIV） = 12/16 = 0.75

所以此時USARTDIV = 27.75

例2：要求USARTDIV = 25.62，則：

DIV_Fraction = 16*0.62 = 9.92，最接近的整數是10 = 0x0A

DIV_Mantissa = mantissa（25.620） = 25 = 0x19

于是USART_BRR = 0x19A

例3：要求USARTDIV = 50.99，則：

DIV_Fraction = 16*0.99 = 15.84，最接近的整數是16 = 0x10 => DIV_frac[3:0]溢出 => 進位必須加到小數部分。

DIV_Mantissa = mantissa（50.990+進位） = 51 = 0x33

于是USART_BRR = 0x330，USARTDIV = 51

4、控制寄存器1（USART_CR1）

1】地址偏移：0x0C，復位值：0x0000

2】位31-14：保留位，硬件強制為0

位13：UE（USART使能）：當該位被清零，在當前字節(jié)傳輸完成后的USART的分頻器和輸出停止工作，以減少功耗。該位由軟件設置和清零。置0時，USART分頻器和輸出被禁止，置1時，USART模塊使能。

位12：M（字長）：該位定義了數據字的長度，由軟件對其設置和清零。置為0時表示一個起始位，8個數據位，n個停止位。置位1時，表示一個起始位，9個數據位，n個停止位。注意在數據傳輸過程中（發(fā)送和接收時）不能修改這個位。

位11：WAKE（喚醒的方法）：該位決定了把USART喚醒的方法，由軟件對該位設置和清零。為0時，表示被空閑總線喚醒，為1時表示被地址標記喚醒。

位10：PCE（檢驗控制使能）：用該位選擇是否進行硬件校驗控制（對于發(fā)送來說就是校驗位的產生，對于接受來說，就是校驗位的檢測）。當使能了該位，在發(fā)送數據的最高位（如果M=1，最高位是第9位，如果M是0，最高位是第8位）插入校驗位。對接受到的數據檢查其檢驗位。軟件對它置“1”或者清“0”，一旦設置了該位，當前直接傳輸完成后，校驗控制才生效。置0時表示禁止校驗控制，置為1時表示使能校驗控制。

位9：PS（校驗選擇）：當校驗控制使能后，該位用來選擇采用偶校驗還是奇校驗。軟件對它置1或清0.當前字節(jié)傳輸完成后，該選擇生效。置為0時表示為偶校驗，置為1時表示為奇校驗。

位8：PEIE（PE中斷使能）：該位由軟件設置或清除。置為0時禁止產生中斷，置為1時，當USART_SR中的PE為“1”時，產生USART中斷。

位7：TXEIE（發(fā)送緩沖區(qū)空中斷使能）：該位由如軟件設置或清除。為0時禁止產生中斷，為1時，當USART_SR中的TXE為“1”時，產生USART中斷。

位6：TCIE（發(fā)送完成中斷使能）：該位由軟件設置或清除。置為0時表示禁止產生中斷，置為1時表示當USART_SR中的ORE或者RXNE為1時，產生USART中斷。

位5：RXNEIE（接收緩沖區(qū)非空中斷使能）：該位由軟件設置或清除，為0時表示禁止產生中斷，為1時表示當USART_SR中的IDLE為1時，產生USART中斷。

位4：IDLEIE（IDLE，總線空閑中斷使能）：該位由軟件設置或清除。當為0時表示禁止產生中斷，為1時當USART_SR中的IDLE為1時，產生USART中斷。

位3：TE（發(fā)送使能）：該位使能發(fā)送器，由軟件設置或清除。為0時表示禁止發(fā)送，為1時表示使能發(fā)送。備注在數據傳輸過程中，除了在智能卡模式下，如果TE位上有個0脈沖（即設置為“0”之后，再設置為“1”），會在當前數據字傳輸完成后，發(fā)送一個前導符（空閑總線）。另外，在當TE被設置后，在真正的數據發(fā)送開始前，有一個比特時間的延遲。

位2：RE（接收使能）：該位由軟件設置或清除。當設置為0時，禁止接收，當設置為1時，使能接收并開始搜尋RX引腳上的起始位。

位1：RWU（接收喚醒）：該位用來決定是否把USART設置為靜默模式。該位由軟件設置或清除，當喚醒序列到來時，硬件也會將其清零。置為0時表示接收器處于正常工作模式，置為1時，表示接收器處于靜默模式。備注，在把USART置于靜默模式（設置RWU位）之前，USART要已經先接受了一個數據字節(jié)，否則在靜默模式下，不能被空閑總線檢測喚醒。另外當配置為地址標記檢測喚醒（wake位 = 1），在RXNE位被置位時，不能用軟件修改RWU位。

位0：SBK（發(fā)送斷開幀）：使用該位來發(fā)送斷開字符，該位可以由軟件設置或清除。操作過程應該是軟件設置位，然后再斷開幀的停止位時，由硬件將其復位。當該位被設置為0時，表示沒有發(fā)送斷開字符，當設置為1時，表示將要發(fā)送斷開字符。

5、控制寄存器2（USART_CR2）

1】地址偏移：0x10，復位值：0x0000

2】位31-15：保留位，硬件強制為0；

位14：LINEN（LIN模式使能）：該位由軟件設置或清除。設置為0表示禁止LIN模式，設置為1表示使能LIN模式。在LIN模式下，可以用USART_CR1寄存器中的SBK位發(fā)送LIN斷開符（低13位），以及檢測LIN同步斷開符。

位13-12：STOP（停止位）：這兩位用來設置停止位的位數。00表示一個停止位，01表示0.5個停止位，10表示2個停止位，11表示1.5個停止位。備注：USART4和USART5不能用0.5停止位和1.5停止位。

位11：CLKEN（時鐘使能）：用來使能CK引腳。為0時表示禁止CK引腳，為1表示使能CK引腳。備注，在USART4和USART5上不存在這一位。

位10：CPOL（時鐘極性）：在同步模式下，可以用該位選擇SLCK引腳上時鐘輸出的極性。和CPHA位一起配合來產生需要的時鐘/數據采樣關系。為0時表示總線空閑時CK引腳上保持低電平。為1時表示總線空閑時CK引腳上保持高電平。USART4和USART5上不存在這一位。

位9：CPHA（時鐘相位）：在同步模式下，可以用該位選擇SLCK引腳上時鐘輸出的相位。和CPOL位一起配合來產生需要的時鐘/數據的采樣關系。為0時表示在時鐘的第一個邊沿進行數據捕獲，為1時表示在時鐘的第二個邊沿進行數據捕獲。備注在USART4和USART5上不存在這一位。

位8：LBCL（最后一位時鐘脈沖）：在同步模式下，使用該位來控制是否在CK引腳上輸出最后最后那個數據字節(jié)（MSB）對應的時鐘脈沖。為0時表示最后一位數據的時鐘脈沖不從CK輸出。為1時表示最后一位數據的時鐘脈沖會從CK輸出。備注：最后一個數據位就是第8或者第9個發(fā)送的位（根據USART_CR1寄存器中的M位所定義的8或9位數據幀格式），在USART4和USART5上不存在這一位。

位7：保留位，硬件強制為0。

位6：LBDIE（LIN斷開符檢測中斷使能）：斷開符中斷屏蔽（使用斷開分隔符來檢測斷開符），為0時表示禁止中斷，為1時表示只要USART_SR寄存器中的LBD為1就產生中斷。

位5：LBDL（LIN斷開符檢測長度）：該位用來選擇是11位還是10位斷開符檢測。為0時表示為10位斷開符檢測，為1時表示為11位的斷開符檢測。

位4：保留位，硬件強制為0。

位3-0：ADD[3：0]：本設備的USART節(jié)點地址。該位域給出本設備USART節(jié)點的地址。這是在多處理器通信下的靜默模式中使用的，使用地址標記來喚醒某個USART設備。

3】備注：在使能發(fā)送后不能再改寫CPOL，CPHA，LBCL三個位。

6、控制寄存器3（USART_CR3）

1】地址偏移：0x14，復位值：0x0000

2】位31-11：保留位，硬件強制為0；

位10：CTSIE（CTS中斷使能）：為0時禁止中斷，為1時USART_SR寄存器中的CTS為1時產生中斷。備注，在USART4和USART5上不存在這一位。

位9：CTSE（CTS使能）：為0時禁止CTS硬件流控制，為1時CTS模式使能。只有nCTS輸入信號有效（拉成低電平）時才能發(fā)送數據。如果在數據傳輸過程中，nCTS信號變?yōu)闊o效，那么發(fā)送完這個數據后，傳輸就停止下來。如果當nCTS為無效時，往數據寄存器里面寫數據，則要等到nCTS有效時才會發(fā)送這個數據。備注，在USART4和USART5上不存在這一位。

位8：RTSE（RTS使能）：為0時表示禁止RTS硬件流控制，為1時表示RTS中斷使能，只有接受緩沖區(qū)內有空余空間時才請求下一個數據。當前數據發(fā)送完成后，發(fā)送操作就需要暫停下來，如果可以接受數據了，將nRTS輸出置為有效（拉至低電平）。備注，在USART4和USART5上不存在這一位。

位7：DMAT（DMA使能發(fā)送）：該位由軟件設置或清除。為0時表示禁止發(fā)送時的DMA模式，為1時表示為使能發(fā)送時的DMA模式。備注，在USART4和USART5上不存在這一位。

位6：DMAR（DMA使能接收）：該位由軟件設置或清除。為0時表示禁止接收時的DMA模式，為1時表示使能接收時的DMA模式。備注在USART4和USART5上不存在這一位。

位5：SCEN（智能卡模式使能）：該位用來設置智能卡模式。為0時表示禁止智能卡模式，為1時表示使能智能卡模式。備注在USART4和USART5上不存在這一位。

位4：NACK（智能卡NACK使能）：為0時表示校驗出錯時，不發(fā)送NACK，為1時表示校驗錯誤出現(xiàn)時，發(fā)送NACK。備注，在USART4和USART5上不存在這一位。

位3：HDSEL（半雙工選擇）：選擇單線半雙工模式，為0表示不選擇半雙工模式，為1表示選擇半雙工模式。

位2：IRLP（紅外低功耗）：用來選擇普通模式還是低功耗紅外模式。為0時表示為普通模式，為1時表示為低功耗模式。

位1：IREN（紅外模式使能）：該位由軟件設置或清零。為0時表示不使能紅外模式，為1時表示使能紅外模式。

位0：EIE（錯誤中斷使能）：在多緩沖區(qū)通信模式下，當有幀錯誤，過載或者噪聲錯誤時（USART_SR狀態(tài)寄存器中的FE=1，或者ORE=1，或者NE=1）產生中斷。為0時表示禁止中斷，為1時表示只要USART_CR3中的DMAR=1，并且USART_SR中的FE=1，或者ORE=1，或者NE=1，則產生中斷。

7、保護時間和預分頻寄存器（USART_GPTR）

1】地址偏移：0x18，復位值：0x0000

2】位31-16：保留位，硬件強制為0

位15-8：GT[7:0]：保護時間值，該位規(guī)定了以波特時鐘為單位的保護時間，在智能卡模式下，需要這個功能。當保護時間過去后，才會設置發(fā)送完成標志。

位7-0：PSC[7:0]：預分頻值。

a、在紅外（IRDA）低功耗模式下，PSC[7:0] = 紅外低功耗波特率，對系統(tǒng)時鐘分頻以獲得低功耗模式下的頻率：源時鐘被寄存器中的值（僅有8位有效）分頻。00000000：保留-不要寫入該值；00000001：對源時鐘1分頻；00000010：對源時鐘2分頻。

b、在紅外（IRDA）正常模式下，PSC只能設置為00000001

c、在智能卡模式下，PSC[4:0]：預分頻值，對系統(tǒng)時鐘進行分頻，給智能卡提供時鐘。寄存器中給出的值（低5位有效）乘以2后，作為對源時鐘的分頻因子。00000：保留-不要寫入該值；00001：對源時鐘進行二分頻；00010：對源時鐘進行4分頻；00011：對源時鐘進行6分頻。。。。備注，在智能卡模式下位[7:5]在智能卡模式下沒有意義，UART4和UART5上不存在這一位。