串口通信为异步双向全双工通信，没有一根专门的时种线，那么从硬件的角度来看，什么叫"异步双向"，什么叫"全双工"？
UART的本质是 时钟控制的移位寄存器通信系统 ，相信读者在调用所谓"UART_Send"函数之前，必然定义过一个数组用来存储要发送的数据，这是所谓"发送缓冲区"
问题一：缓冲区，为什么要缓冲？
缓冲区的存在，是为了解决CPU运行速度极快，而串口通信速度极慢的矛盾。想象一下，若没有发送缓冲区，串口每发1Bit，CPU都要参与其中，那么结果就是CPU效率极低；有了发送缓冲区，CPU就只要负责将字节拆分后塞入发送缓冲寄存器，当发送移位寄存器有空余位置，会有专门的硬件将缓冲寄存器的内容放入移位寄存器。
同理，接收缓冲寄存器的作用，大家都知道，我们应该在中断中发送和读取串口数据，若没有接收缓冲寄存器，在读取数据中断进行时，万一有中断优先级更高的中断抢占CPU，极易造成数据丢失。
这张图，分别展示了当你调用"UART_Send"、"UART_Receive"函数的时候，你的硬件经历了什么。
问题二：波特率，什么是波特率？
我们写代码时，常将波特率设置为9600或15200，那这是什么意思？，波特率发生器本质上是一个"可编程分频器"，用来控制 发送寄存器什么时候移位，接受采样什么时候采样，对照上图更易理解。其计算公式为
波特率 = USART输入时钟 / (16 * 分频值)
一般是带入比特率和输入时钟计算分频值，如：stm32f103c8t6的输入时钟一般为72 MHZ，常见比特率为115200，代入计算值分频值为39.0625，硬件会自动计算并将这个值写入专门的寄存器(USART_BRR)。在RX读取的时候，会按照 1 bit 的时间读取，计算公式为 1 / 波特率 (秒)结合问题三，你或许会知道串口通信的精妙之处。
值得注意的是，STM32 的波特率发生器是一个精密的分频器。以 72MHz 主频和 115200 波特率为例，理论分频值为 39.0625。由于寄存器精度限制，硬件会将其量化为最接近的整数值。这微小的舍入误差会导致实际波特率与理论值有细微偏差。只要双方偏差在容错范围（约±2%）内，依靠起始位的重新同步机制，通信依然可靠。但如果晶振不准或计算错误，累积的误差会让采样点‘漂移’出数据位，从而产生乱码。
问题三：异步，怎么异步的？
你可能会问：没有时钟线，接收端怎么知道什么时候读取数据？解决办法就是：通过数据本身携带的时序性息。你是否听说过"协议帧"，"数据包"之类的名词，若我们这样定义：
空闲 起始位 数据位 停止位
1 0 8bit 1
若要发送'A'，即0x41，UART会发送1 0 10000010 1。不通信时，RX、TX均保持高电平静默。通信的第一步，当RX检测到TX的电平由高转低，就会做好接收的准备；第二步，按照每 bit 时间读取采样(是否能跟问题二结合一下呢)。读取到停止位 1 时，接收结束，双方置高电平静默。再经过接收缓存寄存器，CPU读取，就完成了一次通信，以此循环。UART利用“高电平空闲 + 下降沿起始位”实现可靠的异步同步。
我们在问题二的波特率计算公式中，将波特率 * 16，那么，为什么是16倍频？是因为串口通信需要极高的采样率。UART 接收端内部以 16 倍于波特率的频率对 RX 引脚进行‘扫描’。当检测到下降沿（起始位）后，它并不立即读取数据，而是等待 8 个时钟周期（正好是 1 bit 时间的一半），确保采样点位于数据波形的最稳定中心，从而最大程度避开信号跳变时的噪声干扰。
一句话：波特率定快慢，双方要一般；起始位对表，中间采数据，停止位结束
问题四：全双工，怎么做到的？
这个问题非常简单，全双工就是双方可以同时接受和发送数据，同时存在两条数据流。
看了这张图，你一定能理解了。
为什么要共地，通俗讲，就是：所有数字通信本质上都是“电压差”的判断，而电压必须相对于同一个参考点。
相信通过这篇文章，你对串口通信能有更进一步的理解，文中的不妥之处，也欢迎交流！
