STM32学习笔记：【004】USART串口通信

版本：STM32F429 Hal库v1.10

串口通信能够实现两块电路之间不同的通信，在开发中作为打印调试也是一门利器（printf重定向）。

补充一点小知识：

　　1. weak修饰符修饰的函数，说明这个函数如果在其他地方还有定义的话，则编译时使用其他地方定义的同名函数

　　2. UNUSED(void x); 这个函数是防止编译器出现 未使用警告。

下面给出串口通信的具体步骤。

串口的初始化

1.声明串口属性结构体、并初始化（一般是作为全局变量）

typedef struct
{
    USART_TypeDef    *Instance;        
　　/*
　　　　所使用的串口，值可以是
　　　　USART2 、USART3 、UART4、UART5、
　　　　UART7、UART8、USART1、USART6
　　*/    
　　UART_InitTypeDef    Init;
　　/*　串口通信参数结构体（附下表）　*/

    ...

　　__IO HAL_UART_StateTypeDef    State;
　　/*　
　　　　串口当前状态（仅用于条件判断）
　　　　HAL_UART_STATE_RESET  　　// 未初始化完毕
　　　　HAL_UART_STATE_READY  　　// 就绪
　　　　HAL_UART_STATE_BUSY   　　// 忙，处理中
　　　　HAL_UART_STATE_BUSY_TX　　// 忙于发送
　　　　HAL_UART_STATE_BUSY_RX　　// 忙于接收
　　　　HAL_UART_STATE_BUSY_TX_RX// 忙于全双工通信
　　　　HAL_UART_STATE_TIMEOUT　　// 超时
　　　　HAL_UART_STATE_ERROR　　　// 错误
　　*/

    __IO uint32_t    ErrorCode;        /* 错误时返回的编号 */

}UART_HandleTypeDef;

typedef struct
{
  uint32_t BaudRate;                  
/* 波特率 */

  uint32_t WordLength;                
/* 
　　数据位长度，可以是：
　　　　UART_WORDLENGTH_8B
　　　　UART_WORDLENGTH_9B
*/

  uint32_t StopBits;
/*
　　停止位
　　　　UART_STOPBITS_1
　　　　UART_STOPBITS_2
*/

  uint32_t Parity;                    
/*
　　校验位
　　采用何种校验是事先规定好的。通常专门设置一个奇偶校验位，用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。
　　若用奇校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为奇数，从而确定传输代码的正确性。
　　　　UART_PARITY_NONE  // 无
　　　　UART_PARITY_EVEN  // 偶校验
　　　　UART_PARITY_ODD   // 奇校验
*/
　　uint32_t Mode;

/*
　　收发模式
　　UART_MODE_RX
　　URAT_MODE_TX
　　UART_MODE_TX_RX
*/  

　　uint32_t HwFlowCtl;
/*

　　硬件流控
　　硬件流：RTS/CTS  (Request To Send/Clear To Send)即请求发送/清除发送协议，用于半双工时的收发切换
　　　　UART_HWCONTROL_NONE
　　　　UART_HWCONTROL_RTS
　　　　UART_HWCONTROL_CTS
　　　　UART_HWCONTROL_RTS_CTS
*/

uint32_t OverSampling;
/* 
　　过采样 
　　可配置的16倍过采样或8倍过采样，因此为速度容差与时钟容差的灵活配置提供了可能。
　　UART_OVERSAMPLING_16
　　UART_OVERSAMPLING_8
*/

}UART_InitTypeDef;

2.调用 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart); 初始化

3.调用 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size) ;

　　开启接收中断（如果需要的话）

3.重写 void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart); 对IO口进行初始化

这一步包括配置IO口为复用模式，开启中断等。

//UART底层初始化，时钟使能，引脚配置，中断配置
//此函数会被HAL_UART_Init()调用
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

    if(huart->Instance==USART1)　　　　　　　　　　//如果是串口1，进行串口1 MSP初始化
    {
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();            //使能GPIOA时钟
        __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();           //使能USART1时钟

        GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_9;              //PA9
        GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;        //复用推挽输出
        GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;            //上拉
        GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;        //高速
        GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF7_USART1;    //复用为USART1
        HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);           //初始化PA9

        GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_10;            //PA10
        HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);           //初始化PA10

#if EN_USART1_RX_IT
        HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);                //使能USART1中断通道
        HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,,);          //抢占优先级3，子优先级3
#endif
    }
}

串口读写&中断处理

// http://t.cn/RuljJ01

读

// 读取串口状态
HAL_UART_StateTypeDef HAL_UART_GetState(UART_HandleTypeDef *huart);

// 从串口中接收字符（阻塞，具有毫秒级的超时管理机制）
// 如果超时没接收完成，则不再接收数据到指定缓冲区，返回超时标志(HAL_TIMEOUT)
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

// 开启串口接收中断
// 把 接收缓冲区指针 指向 要存放接收数据的数组，设置 接收长度，接收计数器初值，然后使能串口接收中断。接收到数据时，会触发串口中断。
// 再然后，串口中断函数处理，直到接收到指定长度数据，而后关闭中断，不再触发接收中断，调用串口接收完成回调函数 HAL_UART_RxCpltCallback() 。
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

// 进入DMA中断，接收串口数据（非阻塞）
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

/*
根据网上资料显示，HAL_UART_Receive_IT() 这个函数只能对串口中断接收进行一次接收，而且接收的字节大小是固定的uint16_t Size，
但是在实际使用中，不可能完全满足每次接收到的字节数都是一样的，而且是确定的。
所以大家采用的方法都是令 uint16_t Size = 1；这样的话，每接收到一个字节就中断一次。

　　那么中断处理函数处理的规则应该是 
　　1、关闭此接收中断 
　　2、将接收到的数据转移至缓存器 
　　3、再次打开中断

　*/

写

// 串口发送数据（阻塞，具有毫秒级的超时管理机制）
// 如果超时没发送完成，则不再发送，返回超时标志（HAL_TIMEOUT）
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); 

// 进入发送中断
// 把 发送缓冲区指针 指向 要发送的数据，设置 发送长度，发送计数器初值，然后使能串口发送中断，触发串口中断。
// 再然后，串口中断函数处理，直到数据发送完成，而后关闭中断，不再发送数据，串口发送完成触发回调函数：HAL_UART_TxCpltCallback()。
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); 

// 进入DMA发送中断 
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

中断处理

HAL_UART_TxHalfCpltCallback(); 　　一半数据(half transfer)发送完成后，通过中断处理函数调用。
HAL_UART_TxCpltCallback();　　　　　发送完成后，通过中断处理函数调用。
HAL_UART_RxHalfCpltCallback();　　　一半数据(half transfer)接收完成后，通过中断处理函数调用。
HAL_UART_RxCpltCallback();　　　　　接收完成后，通过中断处理函数调用。
HAL_UART_ErrorCallback();　　　　　　传输过程中出现错误时，通过中断处理函数调用。

STM32串口中断入口函数

USARTx_IRQHandler   // x 可以是1到6

HAL_UART_IRQHandler

可看到串口发送和就是有三种通信模式：

第一种是上面用到的轮询的模式。CPU不断查询IO设备，如设备有请求则加以处理。例如CPU不断查询串口是否传输完成，如传输超过则返回超时错误。轮询方式会占用CPU处理时间，效率较低。

第二种就是中断控制方式。当I/O操作完成时，输入输出设备控制器通过中断请求线向处理器发出中断信号，处理器收到中断信号之后，转到中断处理程序，对数据传送工作进行相应的处理。

第三种就是直接内存存取技术（DMA）方式。所谓直接传送，即在内存与IO设备间传送一个数据块的过程中，不需要CPU的任何中间干涉，只需要CPU在过程开始时向设备发出“传送块数据”的命令，然后通过中断来得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪。

在 HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) 中再次调用 HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size) 
这样的话，就可以实现连续中断接收USART数据。

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) 
{ 
if(huart->Instance == USART1) 
{ 
UART1RxBuff[UART1RxBuffCount++] = aRxBuffer; 
} 
HAL_UART_Receive_IT(huart, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1) ; 
}

串口收发例程