1、电平标准
根据通讯使用的电平标准不同，串口通讯可分为TTL标准和RS-232标准，如下表：
从图中可以看到，TTL电平标准使用5V表示高电平，使用0V表示低电平。在R232电平标准中，为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，使用的是-15V表示高电平，使用+15V表示低电平。如下图为RS232和TLL电平标准表示同一个信号时的对比。
在电子电路中，一般使用TTL电平进行通讯，而在PC机中则使用RS232电平进行通讯。所以为了使电子设备可以和PC机进行串口通讯，必须对TTL电平和RS232电平的信号进行互相转换。
2、串口协议
串口通讯的英文全称为Serial Communication，这是一种在设备间非常常用的串行通讯方式。
串口通讯的协议，串口通讯的数据包由发送设备通过自身的TXD接口传输到接收设备的RXD接口。在串口通讯的协议中，规定了数据包的内容，该内容由起始位、数据位、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。格式如下图：
在数据帧格式中，校验位可以要也可以不要。
一般在串口通信中，空闲状态下，IO口的电平为高电平。
3、串口波特率
串口通讯一般使用的是异步通讯，异步通讯是没有时钟信号的，为了保证两个设备能够正常通讯，必须在两个设备间约定好收发的速率，波特率就是设备的收发速率，波特率表示的是单位时间内收发的bit位，即一个bit的收发时长。比如波特率为9600的设备，那么该设备1S的时间内可以收发9600个bit，发送一个bit的时长位1/9600≈104us。
4、数据帧的起始信号和停止信号
串口通讯的一个数据包是从起始信号开始的，直到停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，而数据包的停止信号可由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示。
有效数据：
在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定位5、6、7或8位。
数据校验：
在有效数据之后，有一个可选的数据校验位，由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程中加上校验位来解决这个问题，校验方法有奇校验、偶校验、0校验、1校验及无校验。
奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个8位长的有效数据位：01101001，此时总共有4个“1”，为达到奇校验的效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是8位的有效数据加上1位的校验位总共9位。
偶校验与奇校验要求刚好相反，要求有效数据和校验位中“1”的个数为偶数，比如数据帧：11001010，此时有效数据“1”的个数位4，所以偶校验位为“0”。
0校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”。
1校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“1”。
5、UART和USART的区别
UART是指通用异步收发器，UASRT是指通用同步/异步收发器。从名称上可是看出，USART是在UART基础上增加了同步功能，即USART是UART的增强型。
STM32的USART一般做异步通信，即UART功能。
6、USART功能概述
使用USART双向通信至少需要三个脚：GND、RX、TX。
RX：接收数据引脚，通过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。
TX：发送数据引脚，当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的IO端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平，也就是说USART的空闲状态的电平时高电平。这里需要注意一点的是，当与设备相连的时候，如果设备断电，这需要将发送器禁止，使TX口输出低电平，否者有可能引起IO口电流倒灌。
TX脚位在单线和智能卡模式里被同时用于数据的发送和接收。
USART总线在发送或接收前应处于空闲状态，即高电平。
一个起始位，起始位为1。
一个数据字，可以使8位数据或9位数据。发送或接收数据的时候，是先发送或接收低位数据。
停止位可设置为0.5、1、1.5、2个停止位，发送或接收停止位说明数据帧发送或接收完成。
使用分数波特率发生器，由12位整数和4位小数组成。
一个状态寄存器USART_SR
数据寄存器USART_DR
一个波特率寄存器USART_BRR，12位表示波特率的整数，4位表示波特率的小数。
一个智能卡模式下的保护时间寄存器USART_GTPR
USART的框图如下：
7、STM32的USART波特率配置
STM32的每个串口都有一个独立的波特率寄存器USART_BRR，该寄存器由USART分频器除法因子USARTDIV的整数部分和小数部分组成。bit4~bit15这12位组成了整数部分DIV_Mantissa，bit0~bit3这4个位组成了分数部分DIV_Fraction。
波特率的计数公式 = CLK/(16*USARTDIV)。
CLK是USART的时钟频率，USART2、USART3、USART4、USART5使用的是APB1总线时钟，一般是36MHZ（STM32F103系列）；而USART1则使用的是APB2总线时钟，一般是72MHZ（STM32F103系列）。
可以根据需要的波特率的值换算出USARTDIV的值。比如设置波特率为9600，则USARTDIV为：
USARTDIV = CLK / (16 * 9600)
如果CLK = 72MHZ，则：
USARTDIV = 72000000/(16*9600) = 468.75
将小数部分换算为16进制：
DIV_Fraction = 0.75*16 = 12 = 0x0C
将整数部分转为16进制：
DIV_Mantissa = 468 = 0x1D4
所以波特率寄存器USART_BRR的值为0x1D4C。
设置波特率时的误差如下图：
注意不要在通信过程中改变波特率寄存器的值。
8、USART中断请求
USART中断请求表：
USART中断映像图：
从中断映像图中可以看出，USART的各种中断事件被连接到同一个中断向量，也就是说USART产生的中断都会进入到同一个中断服务函数内。
各种中断事件：
发送期间：发送完成、清除发送、发送数据。
接收期间：空闲总线检测、溢出错误、接收数据寄存器非空、校验错误、LIN断开符号检测、噪音标志（仅在多缓冲器通信）和帧错误（仅在多缓冲器通信）。
如果设置了对应的使能控制位，这些事件就可以产生各自的中断，可以在中断服务函数内通过判断状态寄存器的位来区分是哪个中断。
原文：https://www.cnblogs.com/h1019384803/p/11257812.html