STM32的USART串口怎么配置与波特率怎么计算-凡亿面试

分类：嵌入式单片机经验级别：初级-中级难度：中等偏易题型：技术论述题

STM32开发板USB转串口模块串口调试助手

本文概述

STM32的USART串口是嵌入式开发中最基础也最常用的外设之一，配置流程可以分为五个步骤：使能时钟、配置GPIO复用、设置串口参数（波特率、字长、停止位、校验位）、配置中断（如果需要）、使能外设。波特率由BRR寄存器控制，计算公式为波特率等于外设时钟除以16倍的USARTDIV分频值。实际使用中要注意波特率误差控制在2%以内，不同主频下误差不同，选择合适的晶振频率很重要。除了基本的查询方式收发，还可以用中断和DMA来提高效率。

核心要点速览

USART配置五步法：时钟使能→GPIO复用→参数设置→中断配置→使能外设
波特率公式：波特率 = fCK / (16 × USARTDIV)
BRR寄存器：高12位整数部分，低4位小数部分（OVER8=0时）
波特率误差一般要求在2%以内，最好在1%以内
TX推挽复用输出，RX浮空或上拉输入
收发方式：轮询、中断、DMA三种，各有适用场景

面试题：STM32的USART串口怎么配置？波特率怎么计算？

一、面试官考察点

考察维度	具体内容	常见误区
寄存器级理解	是否知道BRR寄存器结构，能否讲出波特率的计算过程	只会用库函数，不知道底层寄存器怎么回事
配置流程熟练度	配置步骤是否完整，有没有遗漏时钟、GPIO、中断等环节	忘记使能时钟或者GPIO配置错了模式
误差分析能力	是否理解波特率误差的来源和影响，知道误差范围要求	以为波特率都是精确的，不知道有误差
实际应用经验	是否用过中断、DMA方式，有没有调试串口问题的经验	只用过最简单的轮询方式

二、回答思路

USART配置完整步骤

使能时钟

第一步是使能GPIO和USART的时钟。不同型号的STM32，USART挂在不同的总线上，比如USART1在APB2上，USART2和USART3在APB1上。对应的GPIO端口时钟也要打开，比如PA9和PA10是USART1的引脚，就要打开GPIOA的时钟。如果用重映射功能，还要打开AFIO时钟。用HAL库的话，调用__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE()和__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()就可以了。

配置GPIO引脚

TX引脚配置为复用推挽输出模式，速度选50MHz就行。RX引脚配置为浮空输入或者上拉输入，一般浮空输入就可以，因为串口空闲时是高电平。用标准库的话，GPIO_InitTypeDef里配置Mode和Speed。用HAL库的话，要配置Alternate参数，指定是哪个USART的复用功能。F1系列是直接配复用推挽，F4及以后的系列要单独指定复用功能编号。

设置串口参数

这一步配置波特率、字长、停止位、奇偶校验和流控。波特率是最核心的参数，通过BRR寄存器设置。字长一般选8位，也可以选9位（带奇偶校验的时候其实是8位数据加1位校验位）。停止位可以选1位、0.5位、1.5位或2位，最常用的是1位。奇偶校验可以选无校验、奇校验或偶校验。硬件流控CTS/RTS一般不用，保持关闭就行。

配置中断（可选）

如果要用中断方式收发，就要配置NVIC和USART的中断使能位。常用的中断有发送完成中断、接收缓冲区非空中断。接收中断最常用，收到一个字节就触发中断，在中断服务函数里把数据读出来。要注意配置NVIC的优先级，抢占优先级和子优先级要设置好。如果用HAL库，要先开HAL_NVIC_SetPriority，再HAL_NVIC_EnableIRQ，然后调用__HAL_UART_ENABLE_IT()使能具体的中断位。

使能USART外设

所有参数配置好之后，把USART_CR1寄存器的UE位置1，使能整个串口外设。然后还要分别使能发送和接收，也就是TE位和RE位。这两个位也在CR1寄存器里。使能之后，串口就开始工作了。发送的时候往DR寄存器写数据，接收的时候从DR寄存器读数据。注意USART使能后不能马上配置寄存器，要等它稳定下来，不过一般操作顺序上不会有问题。

波特率计算详解

波特率的计算是面试的高频考点，一定要理解透。STM32的USART使用一个16倍的过采样时钟来采样接收数据，所以分频系数是16倍的关系。

// 波特率计算公式波特率 = fCK / (16 × USARTDIV) // 其中： // fCK = USART外设时钟频率 (Hz) // USARTDIV = 分频值（整数部分 + 小数部分） // BRR寄存器 = 整数部分<<4 | 小数部分 (OVER8=0时)

举例计算：以STM32F103为例，系统主频72MHz，USART1挂在APB2上，时钟也是72MHz。要配置波特率为115200：

USARTDIV = 72000000 / (16 × 115200) = 72000000 / 1843200 ≈ 39.0625

整数部分 = 39，小数部分 = 0.0625

小数部分乘以16（因为低4位表示小数）：0.0625 × 16 = 1

所以BRR寄存器的值 = (39 << 4) | 1 = 0x271

波特率误差：因为分频值是有限精度的，实际波特率和理想波特率之间会有误差。误差的计算公式是：误差率 = |实际波特率 - 理想波特率| / 理想波特率 × 100%。上例中，USARTDIV刚好是39.0625，是精确值，误差为零。但有些主频和波特率的组合就没这么巧了。比如用8MHz内部RC时钟，配置9600波特率，误差可能会比较大。

三种收发方式对比

方式	原理	优点	缺点	适用场景
轮询方式	循环检查标志位，等到了就读写	简单，容易理解	占用CPU，效率低	简单测试、数据量很小
中断方式	收到或发完触发中断，在中断里处理	CPU利用率高，响应及时	中断频繁时有开销	一般应用，数据量中等
DMA方式	DMA自动搬运数据，CPU不参与	效率最高，CPU零负担	配置复杂，需要DMA通道	大数据量传输、高速通信

常见问题与调试技巧

串口发不出数据或收不到数据的常见原因

时钟没使能：GPIO或USART的RCC时钟忘记打开，这是最常见的低级错误
GPIO配置错了：TX配成输入了，或者RX配成输出了，或者复用功能没配对
波特率不匹配：两边波特率设得不一样，或者时钟频率不对导致波特率误差大
TX和RX接反了：这个真的经常发生，交叉连接才对，自己的TX接对方的RX
没有使能发送或接收：USART使能了，但TE或RE位没置1
中断标志没清：中断服务函数里忘记清标志位，导致一直进中断
电平不匹配：3.3V的单片机接5V的串口设备，或者反过来，需要电平转换

调试串口问题的一般步骤是：先拿示波器量TX引脚有没有波形，有波形说明发送端没问题，问题在接收端或者上位机；没波形就查发送配置。如果有波形但上位机显示乱码，那基本就是波特率不对，量一下实际的bit宽度算出来实际波特率是多少，再调整。如果偶发错误，考虑是不是波特率误差太大或者有干扰。

三、追问环节

追问1：为什么串口波特率误差不能太大？

因为UART是异步通信，发送方和接收方各自用自己的时钟，接收端通过起始位来同步，然后在每个bit的中间位置采样。一帧数据有起始位、8个数据位、停止位，一共10个bit左右。如果波特率有误差，每采一个bit采样点就偏移一点，到最后一个bit的时候偏移量累积起来，如果偏到了bit的边缘甚至下一个bit里，就会采错。一般来说误差要控制在2%以内，最好在1%以内，这样10个bit累积下来偏移不到半个bit，是安全的。

追问2：OVER8模式是什么？什么时候用？

OVER8是8倍过采样模式，默认是16倍过采样。用过采样倍数降低一半，波特率就可以提高一倍，或者说同样的波特率下需要的时钟频率更低。OVER8模式下，BRR寄存器的小数部分只有3位，不是4位了，精度稍微差一点。什么时候用呢？主要是在主频不高但需要很高波特率的时候。比如有些低功耗芯片主频只有几十兆，但要支持1Mbps以上的串口速率，就可以开OVER8模式。一般情况下用默认的OVER16就够了。

追问3：串口接收的时候怎么处理不定长数据？

这是实际开发中经常遇到的问题。常见的处理方式有几种：第一种是用空闲中断，一帧数据发完之后总线空闲了就触发空闲中断，说明一包数据收完了，这种方式效率高而且响应快。第二种是用定时器超时，收到第一个字节后启动定时器，如果超过一定时间没有新数据，就认为一帧结束了。第三种是按协议解析，比如有帧头帧尾或者长度字段，边收边解析，收够了就处理。实际项目中第一种最常用，STM32的USART有专门的IDLE中断位，配置起来也很方便。

追问4：USART和UART有什么区别？

USART是通用同步异步收发器，UART是通用异步收发器。区别就是USART多了同步通信的功能，也就是可以提供时钟信号，实现同步通信。同步模式下，有一个SCLK引脚输出时钟，接收方用这个时钟来采样数据，不需要各自的波特率时钟，精度更高，速率也可以更快。但实际项目中同步模式用得非常少，绝大多数时候我们都是用异步模式，也就是和普通UART一样的用法。所以很多时候大家说USART和UART不怎么区分，但原理上要知道它们的区别。