什么是串口通讯？

串行通讯是指仅用一根接收线和一根发送线就能将数据以位进行传输的一种通讯方式。尽管串行通讯的比按字节传输的并行通信慢，但是串口可以在仅仅使用两根线的情况下就能实现数据的传输。

典型的串口通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，所以端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶的校验。对于两个需要进行串口通信的端口，这些参数必须匹配，这也是能够实现串口通讯的前提。如下是串行通讯示数据传输意图。

串口通讯的通讯协议

最初数据是模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口出现了RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能，这就促生了RS485。

我们知道串口通信的数据传输都是0和1，在单总线、I2C、UART中都是通过一根线的高低电平来判断逻辑1或者逻辑0，但这种信号线的GND再与其他设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。所以差分通信、支持多机通信、抗干扰强的RS485就被广泛的使用了。

RS485通信最大特点就是传输速度可以达到10Mb/s以上，传输距离可以达到3000米左右。大家需要注意的是虽然485最大速度和最大传输距离都很大，但是传输的速度是会随距离的增加而变慢的，所以两者是不可以兼得的。

串口通讯的物理层

串口通讯的物理层有很多标准，例如上面提到的，我们主要讲解RS-232标准，RS-232标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。

在上面的通讯方式中，两个通讯设备的"DB9接口"之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用"RS-232标准"传输数据信号。由于RS-232电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个"电平转换芯片"转换成控制器能识别的"TTL校准"的电平信号，才能实现通讯。

下图为DB9标准串口通讯接口：

DB9引脚说明：

上表中的是计算机端的DB9公头标准接法，由于两个通讯设备之间的收发信号(RXD与TXD)应交叉相连，所以调制调解器端的DB9母头的收发信号接法一般与公头的相反，两个设备之间连接时，只要使用"直通型"的串口线连接起来即可。

串口线中的RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信号，使用逻辑 1表示信号有效，逻辑0表示信号无效。例如，当计算机端控制DTR信号线表示为逻辑1时，它是为了告知远端的调制调解器，本机已准备好接收数据，0则表示还没准备就绪。

波特率

波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。

比如波特率为9600bps；代表的就是每秒中传输9600bit，也就是相当于每一秒中划分成了9600等份。

因此，那么每1bit的时间就是1/9600秒=104.1666...us。约0.1ms。既然是9600等份，即每1bit紧接着下一个比特，不存在额外的间隔。两台设备要想实现串口通讯，这收发端设置的波特率必须相同，否则是没办法实现通讯的:动图演示常用通信协议原理。

收发波特率一致可以实现通讯：

收发波特率不一致，导致RX端不能正常接收：

串口通讯的数据结构

起始位：起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符的开始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。

数据位：数据位紧跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定。传输数据时先传送字符的低位，后传送字符的高位。

奇偶校验位：奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，奇偶检验位不是必须有的。如果是奇校验，需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位；如果是偶校验，需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。

停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。它一定是逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。

空闲位：空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开始，表示线路处于空闲状态，必须由高电平来填充。

单双工通讯

单工： 数据传输只支持数据在一个方向上传输；

半双工： 允许数据在两个方向上传输，但某一时刻只允许数据在一个方向上传输，实际上是一种切换方向的单工通信，不需要独立的接收端和发送端，两者可合并为一个端口；

全双工： 允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信是两个单工方式的结合，需要独立的接收端和发送端。

STM32中的串口通讯

STM32串口通信接口有两种，分别是：UART(通用异步收发器)、USART(通用同步异步收发器)，对于大容量STM32F10x系列芯片，分别由3个USART和两个UART。

TXD：数据发送引脚；

RXD：数据输入引脚

对于两芯片的间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接，这样两个芯片间可进行TTL电平通信。

但如果对于芯片和PC机相连，除了共地条件外，不能使用如上的直接交叉连接，虽然两者都有TXD和RXD引脚，但通常PC机使用的是RS232接口（9针），通常是TXC和RXD经过电平转换得到，故如果要使芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要将芯片的输入输出端口也电平转换为RS232类型，再交叉连接。

二者的电平标准不同：

• 单片机的点评标准(TTL电平）：+5V表示1，0V表示0；

• RS232电平标准：+15/+13V表示0，-15/-13表示1。

因此单片机与PC机进行串口通信应该遵循：在单片机串口与上位机给出的RS232口之间，通过电平转换电路实现TTL电平与RS232电平间的转换。如果使用USB转串口也可以实现串口通讯，USB转串口电路图如下所示。

STM32中串口通讯已经给大家建好了相应的库函数，大家在使用和配置串口的时候直接进行调用库函数和配置就行了

请大家参照一下代码：

1、初始化结构体代码

typedef struct 
{ 
    uint32_t USART_BaudRate; // 波特率 
    uint16_t USART_WordLength; // 字长 
    uint16_t USART_StopBits; // 停止位 
    uint16_t USART_Parity; // 校验位 
    uint16_t USART_Mode; // USART 模式 
    uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控制 
} USART_InitTypeDef;

2、NVIC配置中断优先级

NVIC_Configuration(void)
{  
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* 嵌套向量中断控制器组选择 */  
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  
  /* 配置USART为中断源 */  
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;  
  /* 抢断优先级*/  
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; 
  /* 子优先级 */  
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  
  /* 使能中断 */  
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  
  /* 初始化配置NVIC */  
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

3、USART配置函数

void DEBUG_USART_Config(void)
{ 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    /* 第一步：初始化GPIO */
    // 打开串口GPIO的时钟 
    DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
    // 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 
    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; 
    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); 
    
    /* 第二步：配置串口的初始化结构体 */
    // 打开串口外设的时钟 
    DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);
    // 配置串口的工作参数
    // 配置波特率 
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
    // 配置 针数据字长 
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    // 配置停止位 
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    // 配置校验位 
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    // 配置硬件流控制 
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    // 配置工作模式，收发一起 
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    // 完成串口的初始化配置
     USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
    
    /*--------------------------------------------------------*/
    // 串口中断优先级配置 
    NVIC_Configuration();
    
    // 使能串口接收中断 
    USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    /*--------------------------------------------------------*/
    
    /* 第三步：使能串口 */
    // 使能串口 
    USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE); 
}

在用Keil对STM32的程序进行仿真时程序有时会跑飞，停止仿真程序会停在HardFault_Handler函数里的死循环while(1)中。

这说明STM32出现了硬件错误。

硬件错误中断

STM32出现硬件错误可能有以下原因：

1. 数组越界操作；

2. 内存溢出，访问越界；

3. 堆栈溢出，程序跑飞；

4. 中断处理错误；

遇到这种情况，可以通过以下2种方式来定位到出错代码段。

方法1：

在硬件中断函数HardFault_Handler里的while(1)处打调试断点，程序执行到断点处时点击STOP停止仿真。

示例

1.2 在Keil菜单栏点击View——Registers Window，在寄存器查看窗口查找R14(LR)的值。

如果R14(LR) = 0xFFFFFFE9，继续查看MSP（主堆栈指针）的值；如果R14(LR) = 0xFFFFFFFD，继续查看PSP（进程栈指针）的值；

我的程序R14(LR) = 0xFFFFFFF9，接下来以此为例。

寄存器信息

1.3 在Keil菜单栏点击“View”——“Memory Windows”——“Memory1”；

在“Address”地址栏中输入MSP的值：0x20001288，然后在对应的行里找到地址。

地址一般以0x08开头的32位数。本例中，地址为0x08003CB9。

内存信息

1.4 在Keil菜单栏点击View——Disassembly Window，在Disassembly窗口中右击，在下拉菜单中选择Show Disassemblyat Address...。

在弹出框Show Code atAdress的地址框中输入地址0x08003CB9进行搜索，然后就会找到相对应的代码。这里的代码就是进入循环中断之前的情况。

仔细查看附近区域的相关代码来排查错误具体原因。

方法2：

2.1在硬件中断函数HardFault_Handler里的while(1)处打调试断点，程序执行到断点处时点击“STOP”停止仿真。

CallStack

2.2 在Keil菜单栏点击View——Call Stack Window弹出Call Stack + Locals对话框。

然后在对话框中右键选择Show Caller Code，就会跳转到出错之前的函数处，仔细查看这部分函数被调用或者数组内存使用情况。

导读

STM32助力开发者释放创造力，推出STM32开发者优先计划，软件下载量和硬件发货量均大幅提升，通过国内社交平台和ST中国大学计划获得电子行业从业人员对STM32的认可；在官网为MCU和MPU用户设立STM32 开发者社区；不断迭代STM32Cube软件工具，增加软件开发新功能，优化用户体验，帮助用户实现快速移植；即将推出的STM32MP2新品不仅拥有满足严苛要求的工业级品质，还拥有卓越的边缘计算能力，STM32Cube所有软件均可支持STM32MP2的开发。

本文为2023 STM32峰会STM32Cube篇重点内容。

STM32Cube全方位助力并加速产品开发

STM32Cube是一个全面的开发者框架，它提供了所有必要的模块来简化和加速嵌入式开发。STM32Cube结合了：

• 硬件开发套件，提供原型设计参考板；

• 嵌入式软件开发包，提供优化和稳定的驱动程序、中间件和示例；

• 开发工具，简化了MCU的配置、应用开发和监控；

• 提供广泛的开发资源，包括技术文档、应用说明和培训资料。

意法半导体及合作伙伴提供180多种STM32Cube扩展包极大拓展了框架范畴，包括：

• 面向特定功能的STM32Cube扩展包，例如STM32Cube.AI、电机控制SDK或云连接包；

• 包含实际应用参考方案的功能包，如人脸识别或MEMS传感。

• 该框架与STM32产品矩阵一致，提供全球支持渠道

每年，数十万独立开发人员使用STM32Cube软件包。2022年与2021年相比，使用STM32Cube工具的活跃软件开发人员增长了20%以上；CubeAI工具包的下载量翻番，STM32CubeMX内部的人工智能项目数量也翻了一倍；2022年50万个硬件开发套件发货，开发人员借此快速创建原型产品并验证。

中英文技术文档的下载量也大幅提升，在社交媒体的视频课程也达到可观的观看量。ST中国大学计划，目前覆盖国内500多所高校，2000多名教师在实验室、课程和研究项目中使用STM32，全国有超过200万学生学习使用STM32。

近期推出的STM32开发者优先计划将为STM32开发者进一步的便利。

STM32开发者社区助力开发人员设计之旅的每一步

在st.com官网上线的STM32 MCU和MPU 开发者社区，开发者可以快速方便地访问STM32Cube，提供友好的开发环境帮助开发人员设计之旅的每一步，更直接、更便利地获取产品、软硬件工具、嵌入式软件、开发者资源。

STM32Cube新增功能

STM32 finder是一个非常方便的芯片选型、开发板选择及例程选择工具。

STM32CubeMX有一个独特的新功能，可根据用户所选择的芯片，提供对应的CAD模型，也就是芯片原理图和PCB图库。这使得STM32CubeMX也成为硬件工程师的得力助手。LPBAM配置工具，可帮助客户轻松使用在低功耗状态下批量传输数据的功能。

我们在为新产品引入了新的Cube软件包的同时，也在不断添加新的功能扩展包，完全独立又相互兼容的功能模块将真正地帮助客户自由地搭建自己的系统。

 STM32CubeProgrammer不仅是一个flash编程工具，它附带的STM32TrustedPackageCreator也是我们安全产品的重要部分，可以帮助客户对STM32进行多种信息安全配置。

STLink-V3Power这款工具，可以在调试代码的同时，实时测量系统功耗。在调试和电源监控方面，这是当之无愧的创新典范。

我们的设计思路是将STM32CUBEMX和STM32芯片功能深度集成，更方便，更彻底地释放芯片的性能。这些新的模块，外部存储器管理工具，STM32H5的启动方式选择工具等等都会秉承这个思想来实现。

我们也会根据客户的反馈不断优化工具操作步骤，还将继续提供更多的软件包和扩展包，以及更多的文档资源来丰富我们的生态系统。

STM32MP2 新品发布

STM32 MPU产品是为STM32 MCU开发人员带来新的微处理器解决方案，MCU方案可以无缝地迁移到MPU中。STM32MP1是我们推出的第一次微处理器产品，今天，我们推出全新的高差异化64位MPU产品STM32MP2。

STM32MP2系列是一款工业级MPU，专为高安全性的工业4.0应用而定制，支持高达125°C的温度。该系列的首条产品子线STM32MP25提供了支持具有多个有线和无线接口的连接功能。其中包括带集成2端口交换机的高达3端口千兆以太网，以及对时间敏感网络（TSN）的支持，这是一个真正的游戏规则改变者。

MP25采用STM32MP13的高级安全功能，符合SESIP 3级认证要求。这意味着STM32MP25可以处理安全性能要求高的物联网应用，例如支付。

STM32MP25是ST的首款带有边缘AI硬件加速器的MPU，配备了一个神经处理引擎，可提供多达1.35个TOPS。与MPU的摄像头接口相结合，NPU加速器可实现高级边缘计算应用程序，例如，用于机器视觉或预测性维护的应用程序。

STM32MP25产品线将于今年年底提供样片，2024年第二季度量产。

摘要

无线连接已经无处不在，我们期望顺应行业趋势，“云化”STM32应用，预计未来5年实现无线应用规模翻番的市场目标。STM32WBA是刚刚上市的新一代2.4GHz产品系列，基于BLE5.3高安全低功耗蓝牙SoC，目标SESIP 3认证；STM32WL3是基于Cortex-M0+内核、支持多协议Sub-Ghz无线SoC，将于2023年第四季度开始量产；ST60是集成完整60GHz射频收发器的非接触式紧凑型解决方案，目标通过Xcode认证；在有线连接方面，STM32MP1x支持主流的工业控制总线协议EtherCAT。

本文为2023 STM32峰会连接篇重点内容。

“云化”STM32应用

无线连接已经无处不在，全面“云化“的趋势催生了很多新需求，我们期望顺应行业趋势，“云化”STM32应用，预计未来5年实现无线应用规模翻番的市场目标。

那凭借什么完成这个目标？原因有四：

首先，STM32Cube生态系统允许开发者快速将“有线”STM32应用无缝迁移到我们的“无线”STM32应用；

第二，STM32无线连接产品具有高级别的安全特性，与通用STM32安全产品相一致；

第三，我们与原生云服务商合作，提供便捷稳定的连云功能；

最后，凭借我们的供应链保障，为我们的客户提供稳定供应和高效交货。

STM32WBA系列是我们新一代的2.4GHz平台，第一颗产品是STM32WBA52。

STM32WBA是基于Arm® Cortex®-M33 内核、目标SESIP 3级认证、支持低功耗蓝牙5.3应用的32位无线SoC，可为无线物联网设备提供以下性能优势：

• 基于Bluetooth®低功耗5.3技术，高数据速率，确保快速可靠的数据传输

• 高输出功率+10 dBm，扩大了远端通信范围，具备远距离通信能力

• 低功耗通讯功能，通过设备通信扩展广播来延长电池寿命

• 基于Arm® Cortex®-M33 内核，主频100MHz，CoreMark评分达到407，确保高效的应用处理能力 

• 基于SESIP3设备功能保护您的IP并加强隐私保护

• 传承STM32U5的超低功耗性能（LP-DMA、唤醒时间短)

• 久经考验的STM32Cube生态系统缩短产品上市时间

• 高集成度SoC，减少BOM成本，简化无线应用开发 

工业应用场景下的无线连接

Sub-G的应用非常广泛也极为分散，有很多通信协议，每个国家还有自己的射频法规。因此一款能够简化用户设计方案，支持多种协议，并且可以灵活配置的统一平台就显得尤为重要。

STM32WL3系列是可以满足上述要求的全新Sub-Ghz SoC，将于今年第四季度投入量产。

STM32WL3是一款集成了两个射频单元的应用处理器，支持多种调制和射频唤醒。它还具有丰富外设：如LC传感器、LCD段码驱动器等。STM32WL3基于Cortex-M0+内核，可以简化用户设计方案，可在实现支持多种协议模式的同时，提供更长距离传输和更长电池寿命。

表计是STM32WL3的典型应用。首先，STM32WL3具备20dbm的输出功率，可以扩展通信范围，减少网关的数量，从而降低基础设施的成本。其次，计量产品一般需要一节电池工作在10年以上，这对产品的功耗是很大的挑战。为了实现如此长的电池寿命需求，STM32WL3集成了一个全新的传感外围设备：LC传感器控制器，这种传感器在水表中可以用来读取水的流量；而这一功能是在低功率状态下实现的，因此具备超低的运行电流。第三，STM32WL3内部集成的LCD驱动器可以帮助节省计量应用的总BOM成本。

综上，STM32WL3是改造机械水表增加无线连接的完美方案。

为了给智能家居应用提供充分的通用性，STM32WL3的多调制射频设计带有IQ接口，可以支持如Sigfox、W-BUS、Mioty和Wi-Sun等多种协议；内部集成的LCD驱动器可以优化热成本分配器的BOM成本；在智能城市和智能农业应用场景中，STM32WL3提供长距离的连接，它的双电源输出可以达到+20dbm，还具有低至-132dbm的出色灵敏度。

STM32WL3中还包含一个超低功耗的射频设计，在接收模式下仅消耗4.2µA。这个射频设计可以使MCU处于低功耗状态，在收到无线数据包时才将其唤醒。这一性能非常适用于资产追踪类应用，在进入一个应用时唤醒一个设备。

ST60是我们研发的一种高速率、低功耗、短距离的无线方案，工作频率为60Ghz，在两个设备之间提供低延迟、无握手的非接触连接。

ST60可用于多个不同的应用：在工厂自动化场景下，可以大幅提高装配线吞吐量；还可以用于需要频繁连接和卸载的设备间，实现快速数据共享；在严重暴露的恶劣环境或机械压力下的工业系统中，ST60通过非接触式数据链路，可实现更强的可靠性，应对不同的环境和操作条件；在工业安全领域，ST60非电化的超低功率射频链路为消防安全和石油天然气等本安型应用提供了天然的免疫力；对于追求小型化的个人电子产品，如智能手机和可穿戴设备，ST60可以取代所有用于内部的板对板通信和外部的设备对设备通信的连接器，帮助终端用户开发出防水、防尘和无连接器的应用产品。

有线连接：STM32MP1x支持EtherCAT主站

EhterCAT作为一种主流的工业控制总线协议，在工业控制应用中被广泛的采用。

ST在MP1也推出了EtherCAT的主栈解决方案，这个方案是基于STM32MP1的Linux实时性的扩展包，X-Linux-RT来实现的。有了这个扩展包的支持，这样标准的OpenSTLinux就具备了高实时性，从而使其支持具有实时性需求的工业应用，最典型的应用就是运动控制器和可编程逻辑控制器。