一、总线概念
总线是存在于物理层（硬件层）并且用于设备间通信的桥梁。
二、通信方式
2.1 串行通信和并行通信
- 串行通信是指通信双方收发数据时，是一位一位的收发数据的，一般使用一根数据线进行通信。
- 并行通信是指通信双方收发数据时，是多位数据进行收发的，一般使用多根数据线进行通信。
图 1 串行通信图解
图 2 并行通信图解
2.2 同步通信和异步通信
1）同步通信
通信双方使用同一时钟源（时钟频率一致），也即是通信双方的通信速率一致。
2）异步通信
通信双方使用不同时钟源（时钟频率不一致），也即是通信双方的通信速率不一致。
3）频率和周期
频率：单位时间内传输数据的位数。
周期：传输 1 位数据需要的时间。
2.3 单工 / 半双工 / 全双工通信
1）单工通信
通信设备只能发送或者只能接收数据，例如 麦克风 和 广播。
2）半双工通信
通信设备既可以发送数据，也可以接收数据，但同一时刻只能接收或只能发送，例如 对讲机。
3）全双工通信
通信设备既可以发送数据，也可以接收数据，并且同一时刻既可以发送也可以接收数据，例如 手机。
2.4 总线的分类
三大基础串行总线（串行接口）：
- UART 总线：串行、异步、全双工 通信总线。
- IIC 总线：串行、同步、半双工 通信总线。
- SPI 总线：串行、同步、全双工 通信总线。
三、UART 总线概念
3.1 概念
- UART 总线是一种 串行、异步、全双工通信 的总线，存在于 物理层（硬件层）；
- UART 总线硬件连接：有 3 根线，分别为 - TXD（数据发送线）、RXD（数据接收线）、GND（地线）；
- UART 总线应用场景：设备间的通信（PC 和开发版进行通信），打印调试信息（类似于 linux 下的 printf 在终端打印信息）；
- UART 总线在实际使用操作时，称之为 串口。
3.2 UART 总线的作用
- 通过 UART 总线将程序烧录传输到开发板中；
- 可以通过 UART 总线将单片机程序运行中的打印信息传输到 PC 端的串口工具上显示，方便进行调试和查找错误。
四、UART 总线的硬件连接
4.1 本质连接方式
图 3 UART 本质连接图
PC 与开发板的 UART 总线实际连线如上图所示：
TXD --- RXD
RXD --- TXD
GND --- GND --- 接地
4.2 DB25 / DB9 公母头插件
引脚定义
4.3 ST-Link 连接方式
4.4 电平转换
- 开发板使用的是 TTL 电平：0 ~ 0.8v（低电平，逻辑 0），2 ~ 5v（高电平，逻辑 1）；
- PC 使用的是 USB 电平：-2 ~ -6v（低电平，逻辑 0），2 ~ 6v（高电平，逻辑 1）；
- 通过 电平转换芯片 CH340 ：USB 电平 <---> TTL 电平
图 8 CH340 电平转换驱动 
图 9 CH340E 电平转换过程连接图
4.5 UART 总线的工业层协议
UART 总线常使用 TTL 电平信号进行数据传输，TTL 电平易受电磁干扰，导致数据传输距离有限。
如果需要增强抗干扰能力和更长的传输距离，通常会采用 RS-232、RS-485 等电平标准，通过相应的电平转换芯片（如 MAX232、MAX485 等）将 TTL 电平转换为其他电平标准来实现。
RS232 总线和 RS485 总线都是基于 UART 总线优化得来的，所以 RS232 总线和 RS485 总线进行数据传输的协议格式和 UART 总线一致，但是电平信号范围发生变化。
1）RS232 总线、RS485 总线
电平范围：
RS232 总线电平范围：-3 ~ -15v（逻辑 1），3 ~ 15v（逻辑 0），称为 负逻辑电平 。
需要使用 MAX232 电平转换芯片。
RS485 总线电平范围：1.5 / 2 ~ 6v。
需要使用 MAX485 电平转换芯片。
图 10 RS485 总线的电平转换芯片
特性：
RS232 总线和 UART 总线特性一致：串行、异步、全双工总线；
RS485 总线由于其采用差分信号（AB 线），所以是 半双工总线。
差分信号（AB 线）：指一根数据线 B 线上的电信号与另一根数据线 A 线上的电信号作差，最后结果电信号表示为一个电信号。
通信距离：
UART：1m 左右
RS232：10m 左右
RS485：1000m 左右
为什么RS232总线传输数据的距离比UART总线长：
232 电平的范围比 TTL 电平的范围大，可支持的电平波动范围大 ------> 传输距离长
图 11
为什么RS485总线传输数据的距离比UART总线长：
485 电平采用的是差分电平信号的方式（AB 线，双绞线）
图 12
五、UART 总线协议格式
5.1 UART 总线协议格式
下图所示为 UART 总线传输的 1 帧数据：
图 13 UART 总线的 1 帧数据
起始位：当 UART 总线的数据线产生 高电平 -> 低电平（下降沿信号）变化，标志着 1 次 UART 总线通信的开始。
终止位：当 UART 总线的数据线产生 低电平 -> 高电平（上升沿信号）变化，标志着 1 次 UART 总线通信的结束。
起时位始终为 1 位，终止位可以是 1 位、1.5 位、2 位。
====================================================================
起始位和终止位之间是数据位。
数据位：实际接收或者发送的数据，可以是：5 位、6 位、7 位、8 位、9 位。
奇偶校验位（可选择）：用于奇偶校验，奇偶校验位属于数据位。
奇校验时，若数据位中 “1” 的个数为奇数则校验位补 0，否则补 1 以让 “1” 的总数为奇数；
偶校验时，若数据位中 “1” 的个数为偶数则校验位补 0，否则补 1 以让 “1” 的总数为偶数，且实际开发一般不用奇偶校验位检错。
图 14 SecureCRT 9.0 中数据帧的设置
六、波特率
6.1 定义
单位时间内传输数据的位数。
单位：bps（bit per second），每秒传输多少位的数据。
6.2 设置波特率的作用
UART 总线采用异步通信方式，通信双方没有共用同一时钟源，若基于各自时钟频率控制数据收发速率，会因时钟频率不一致导致数据截断或乱码等错误，且实际中难以通过修改双方时钟频率使其一致，因此需要通信双方约定相同的波特率（通信速率），以此实现异步通信下的同步效果，确保数据正确传输。
6.3 常见波特率
4800、9600、115200
6.4 总结
- 使用 UART 总线进行数据传输时，通信双方需要确保 协议格式 和 比特率 一致；
- 常用串口协议格式：8N1 协议格式 + 9600 / 115200.
七、分析电路图
7.1 UART 总线 TXD 和 RXD 对应引脚
第 1 步：查看核心板的 RXD 和 TXD 的 Type-C 接口外设丝印为 J4
图 15 第 2 步：查看核心板原理图，找到 J4 原理图，找到 USB 1P 和 USB 1N 引脚
图 16 第 3 步：根据两两对应，找到 CH340E 的原理图，USB 1P、USB 1N -> USB RXD、USB TXD
图 17 第 4 步：根据 USB RXD 和 USB TXD 编号找到 J6 插件，核心板上 J6 插件跳线帽使 PA9 TXD 和 USB RXD 连接在一起，PA10 RXD 和 USB TXD 连接在一起
图 18 
图 19 
图 20 第 5 步：找到芯片上引脚为 PA9 和 PA10
图 21
总体连接顺序
图 22
八、分析芯片手册
8.1 RCC 相关外设控制器
8.2 GPIO 相关外设控制器
1）GPIO_MODER 寄存器
手册 rm0456-stm32u5-series-armbased-32bit-mcus-stmicroelectronics(重要).pdf 的第 628 页。
图 23 GPIO_MODER 寄存器
将 PA9、PA10 设置为复用功能模式：
- 使用 GPIO_MODER 寄存器
- 使用 [19:18]、[21:20] 位
- 都写入 0b10
2）GPIO_AFRL/R 寄存器
手册 rm0456-stm32u5-series-armbased-32bit-mcus-stmicroelectronics(重要).pdf 的第 633 页。
图 24 GPIO_AFRL 寄存器 
图 25 GPIO_AFRH 寄存器 
图 26 复用功能选择 
图 27 复用功能查询表
GPIO_AFRL/H 寄存器每 4 位管理 1 个引脚，GPIO_AFRL 和 GPIO_AFRH 分别是 GPIO 端口复用功能低寄存器和 GPIO 端口复用功能高寄存器，各管理 8 个 GPIO 引脚。
将 PA9、PA10 复用为 UART_TX 和 UART_RX 的功能
- 使用 GPIOA_AFRH 寄存器
- 使用 [11:8]、[7:4] 位
- 写入 0b0111（AF7）
8.3 USART / UART 相关外设控制器
USART：通用同步 / 异步接收 / 发送器
USART = USRT(同步接收 / 发送器) + UART(异步接收 / 发送器)
更多使用异步方式 -> UART
