在 STM32 微控制器中，UART（通用异步收发传输器）通信通过多个寄存器实现配置和数据传输。下面详细解析 UART 的核心寄存器及其功能。

1. 状态寄存器（USART_SR）

状态寄存器反映 UART 当前的工作状态，用于判断数据传输是否完成、是否接收到数据等。

主要位功能

应用场景

• 发送数据：检查TXE或TC标志，确保缓冲区为空或传输完成。
• 接收数据：检查RXNE标志，确认有新数据可读。
• 错误处理：检查ORE、PE等标志，处理通信异常。

2. 数据寄存器（USART_DR）

数据寄存器用于存储发送和接收的数据，实际由两个独立的寄存器组成：

• 发送缓冲区寄存器（TDR）：写入DR时，数据被存入 TDR，随后传输到移位寄存器。
• 接收缓冲区寄存器（RDR）：接收到的数据先存入移位寄存器，再转移到 RDR，读取DR时获取 RDR 内容。

注意事项

• 数据位宽由CR1的M位决定（8 位或 9 位）。
• 写入DR会清除TXE标志，读取DR会清除RXNE标志。

3. 波特率寄存器（USART_BRR）

波特率寄存器用于配置 UART 的通信速率，计算公式如下：

波特率 = fPCLK / (16 * USARTDIV)

其中：

• fPCLK：UART 时钟频率（APB 总线时钟）。
• USARTDIV：分频系数，由BRR寄存器的整数部分（[15:4]）和小数部分（[3:0]）组成。

示例

假设fPCLK = 84MHz，波特率为 115200：

USARTDIV = 84000000 / (16 * 115200) ≈ 45.5729
整数部分 = 45 (0x2D)
小数部分 = 0.5729 * 16 ≈ 9 (0x9)
BRR = 0x2D9

4. 控制寄存器 1（USART_CR1）

控制寄存器 1 用于配置 UART 的基本功能，如使能、字长、奇偶校验等。

主要位功能

5. 控制寄存器 2（USART_CR2）

控制寄存器 2 主要用于配置停止位、LIN 模式等。

主要位功能

6. 控制寄存器 3（USART_CR3）

控制寄存器 3 用于配置高级功能，如硬件流控制、DMA 等。

主要位功能

7. 中断和状态寄存器（USART_ISR）

在 STM32F4 及更高系列中，ISR替代了SR寄存器，功能类似但增加了更多状态位，如忙标志（BUSY）。

寄存器操作示例

1. 初始化 UART（115200 波特率，8N1）

// 假设fPCLK=84MHz
USART1->BRR = 0x2D9;         // 设置波特率为115200
USART1->CR1 = USART_CR1_TE | // 使能发送USART_CR1_RE | // 使能接收USART_CR1_UE;  // 使能UART
USART1->CR2 = 0;             // 1个停止位
USART1->CR3 = 0;             // 禁用硬件流控制

2. 发送单个字符

while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE)); // 等待发送缓冲区为空
USART1->DR = 'A';                     // 发送字符'A'

3. 接收单个字符

while (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE)); // 等待接收缓冲区非空
char c = USART1->DR;                   // 读取接收到的字符

4. 启用接收中断

USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; // 使能接收缓冲区非空中断
NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);     // 使能USART1中断

总结

UART 寄存器的核心操作包括：

1. 初始化：配置波特率（BRR）、字长（CR1.M）、停止位（CR2.STOP）、校验位（CR1.PCE）。
2. 发送控制：通过SR.TXE或SR.TC判断发送状态，写入DR发送数据。
3. 接收控制：通过SR.RXNE判断接收状态，读取DR获取数据。
4. 中断配置：通过CR1使能各类中断（如RXNEIE、TXEIE），并配置 NVIC。