📚 课程目录第4章 UART初始化编程

4. UART 初始化编程：从时钟到使能，一步都不能少

UART 初始化，说白了就是给这个外设“上电”、“接好线”、“定好规矩”，最后让它开始工作。这四步缺一不可，顺序也不能乱。我见过不少新手，上来就配波特率，结果发现数据根本发不出去——回头一看，时钟都没开。

好，咱们一步步来。这一章，我会带着你手写寄存器，把每个配置位都讲清楚。

4.1 第一步：时钟使能——让 UART 先“通电”

任何外设要工作，第一步就是打开它的时钟。在 STM32 里，这由 RCC（复位与时钟控制）模块负责。你想想看，外设的时钟都不给，它怎么干活？

我个人习惯，在初始化任何外设之前，先看一眼参考手册的 RCC 章节，找到对应外设的时钟使能位。

  核心操作： 设置 RCC->APB1ENR 或 RCC->APB2ENR 寄存器中的对应位为 1。

以 STM32F103 的 USART1 为例，它挂在 APB2 总线上。使能代码很简单：

// 使能 USART1 时钟（APB2 总线）
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

如果是 USART2 或 USART3，它们挂在 APB1 总线上：

// 使能 USART2 时钟（APB1 总线）
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_USART2EN;

小提示： 不同系列的单片机，UART 挂载的总线可能不同。比如 STM32L4 系列，USART1 可能在 APB2 上，但 LPUART1 却在 APB1 上。写代码前，一定先确认。

4.2 第二步：GPIO 复用配置——把引脚“借”给 UART

时钟打开了，但 UART 的 TX 和 RX 引脚还没接好。GPIO 引脚默认是普通 I/O 口，你得告诉它：“嘿，你现在归 UART 管了。” 这就是复用功能配置。

这里有两个关键点：

模式： 设置为复用推挽输出（AF_PP）或复用开漏输出（AF_OD）。TX 通常用复用推挽输出。
速度： 一般设置为 50 MHz 或更高，保证高速通信时信号不畸变。

我记得有一次，一个同事调试 UART 死活收不到数据，折腾了半天。最后发现是 RX 引脚没配置成浮空输入，而是配成了推挽输出——直接把对方的信号给“掐死”了。

以 USART1 的 TX（PA9）和 RX（PA10）为例：

// 1. 开启 GPIOA 时钟
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

// 2. 配置 PA9 (TX) 为复用推挽输出，50 MHz
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 4);   // 先清空 CNF9 和 MODE9 位
GPIOA->CRH |= (0xB << 4);    // 0xB = 1011: CNF=10(复用推挽), MODE=11(50MHz)

// 3. 配置 PA10 (RX) 为浮空输入
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 8);   // 先清空 CNF10 和 MODE10 位
GPIOA->CRH |= (0x4 << 8);    // 0x4 = 0100: CNF=01(浮空输入), MODE=00(输入模式)

注意： 不同型号的 MCU，GPIO 寄存器结构可能不同。比如 STM32F4 系列用的是 GPIOx->MODER、GPIOx->AFR 等寄存器，配置方式完全不同。别把 F1 的代码直接往 F4 上套。

4.3 第三步：波特率发生器配置——BRR 寄存器的计算

波特率，就是每秒传输的位数。UART 通信双方必须用同一个波特率，否则就是“鸡同鸭讲”。

波特率发生器本质上是一个分频器。它从外设时钟（PCLK）出发，通过一个分频系数，得到目标波特率。这个分频系数就写在 USART_BRR 寄存器里。

计算公式如下：

公式： BRR = PCLK / (16 * 目标波特率)

举个例子，假设 PCLK = 72 MHz，目标波特率 = 115200：

BRR = 72000000 / (16 * 115200) = 72000000 / 1843200 ≈ 39.0625

BRR 寄存器是 16 位的，高 4 位放小数部分（DIV_Fraction），低 12 位放整数部分（DIV_Mantissa）。39.0625 怎么拆？

整数部分： 39 (0x27)
小数部分： 0.0625 * 16 = 1 (0x1)

所以 BRR 的值 = (39 << 4) | 1 = 0x271。代码实现：

// 假设 PCLK = 72 MHz，目标波特率 = 115200
uint32_t pclk = 72000000;
uint32_t baud = 115200;

uint32_t brr_value = (pclk + (baud * 8)) / (baud * 16);  // 四舍五入优化

USART1->BRR = brr_value;

避坑指南： 我曾经在一个项目中，PCLK 是 36 MHz，但忘了除以 2，直接用了 72 MHz 去算 BRR。结果波特率差了一倍，通信全是乱码。后来用示波器一看，才发现位宽不对。所以，一定要确认 UART 挂载的总线时钟频率。

4.4 第四步：数据格式设置——字长、停止位、校验位

波特率定好了，接下来要约定“数据包”的格式。这由 USART_CR1 和 USART_CR2 寄存器控制。

参数	寄存器位	说明
字长	CR1 的 M 位	0 = 8 位数据，1 = 9 位数据
停止位	CR2 的 STOP[1:0] 位	00 = 1 位，01 = 0.5 位，10 = 2 位，11 = 1.5 位
校验位	CR1 的 PCE 和 PS 位	PCE=1 使能校验，PS=0 偶校验，PS=1 奇校验

最常用的配置是：8 位数据、1 位停止位、无校验。也就是所谓的 8N1。

// 配置 USART1 为 8N1 模式
// 字长：8 位（M=0）
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_M;

// 停止位：1 位（STOP=00）
USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP;

// 校验位：无校验（PCE=0）
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_PCE;

如果你需要 9 位数据 + 偶校验 + 1 位停止位：

// 字长：9 位（M=1）
USART1->CR1 |= USART_CR1_M;

// 停止位：1 位
USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP;

// 使能校验，偶校验
USART1->CR1 |= USART_CR1_PCE;   // 使能校验
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_PS;   // 偶校验（PS=0）

注意： 当使能校验位时，数据域会减少 1 位。比如 8 位数据 + 校验，实际有效数据只有 7 位，第 8 位被校验位占用。这一点很容易被忽略，我在一个 Modbus 协议的项目里就踩过这个坑。

4.5 第五步：使能 UART 模块——最后的“点火”

所有配置都写好了，最后一步就是使能 UART。这由 CR1 寄存器的 UE（USART Enable）位控制。

// 使能 USART1
USART1->CR1 |= USART_CR1_UE;

使能之后，UART 就开始工作了。但注意，这时候发送器和接收器还没打开。你还需要分别使能它们：

// 使能发送器（TE 位）
USART1->CR1 |= USART_CR1_TE;

// 使能接收器（RE 位）
USART1->CR1 |= USART_CR1_RE;

我个人习惯，在使能 UE 之前，先把 TE 和 RE 都配好，然后一次性使能 UE。这样能避免一些奇怪的时序问题。

  完整的初始化顺序：
  使能 UART 时钟（RCC）
配置 GPIO 复用功能
计算并设置 BRR 寄存器（波特率）
配置数据格式（CR1、CR2）
使能发送器和接收器（TE、RE）
使能 UART 模块（UE）

4.6 本章知识体系总览

下面这张图，把 UART 初始化的整个流程串起来了。你可以把它当作一个检查清单，每次写初始化代码时对照着看。

嗯，到这里，UART 初始化的五个步骤就全讲完了。从时钟到 GPIO，从波特率到数据格式，最后使能模块——每一步都有对应的寄存器操作。你写代码的时候，按这个顺序来，基本不会出错。