【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程四---UART串口通信详解

Z小旋

发布时间 2021.11.29阅读数 10068 评论数 0

前言：

今天我们学习STM32CubeMX串口的操作，以及HAL库串口的配置，我们会详细的讲解各个模块的使用和具体功能，并且基于HAL库实现Printf函数功能重定向，UART中断接收，本系列教程将HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解，使您可以更快速的学会各个模块的使用

所用工具：

1、芯片： STM32F407ZET6

2、STM32CubeMx软件

3、IDE： MDK-Keil软件

4、STM32F1xx/STM32F4xxHAL库

5、串口：使用USART1 PA9,PA10

知识概括：

通过本篇博客您将学到：

STM32CubeMX创建串口例程

HAL库UATR函数库

重定义printf函数

HAL库，UART中断接收

HAL库UATR接收与发送例程

工程创建

1设置RCC

设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源

2设置串口

1点击USATR1
2设置MODE为异步通信(Asynchronous)
3基础参数：波特率为115200 Bits/s。传输数据长度为8 Bit。奇偶检验无，停止位1 接收和发送都使能
4GPIO引脚设置 USART1_RX/USART_TX
5 NVIC Settings 一栏使能接收中断

3设置时钟

我的是外部晶振为8MHz

1选择外部时钟HSE 8MHz
2PLL锁相环倍频72倍
3系统时钟来源选择为PLL
4设置APB1分频器为 /2

32的时钟树框图 如果不懂的话请看《【STM32】系统时钟RCC详解(超详细，超全面)》

4项目文件设置

1 设置项目名称
2 设置存储路径
3 选择所用IDE

5创建工程文件

然后点击GENERATE CODE 创建工程

配置下载工具

新建的工程所有配置都是默认的我们需要自行选择下载模式，勾选上下载后复位运行

HAL库UART函数库介绍

UART结构体定义

UART_HandleTypeDef huart1;

UART的名称定义，这个结构体中存放了UART所有用到的功能，后面的别名就是我们所用的uart串口的别名，默认为huart1

可以自行修改

1、串口发送/接收函数

HAL_UART_Transmit();串口发送数据，使用超时管理机制
HAL_UART_Receive();串口接收数据，使用超时管理机制
HAL_UART_Transmit_IT();串口中断模式发送
HAL_UART_Receive_IT();串口中断模式接收
HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式发送
HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式接收

这几个函数的参数基本都是一样的，我们挑两个讲解一下

串口发送数据：

HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

功能：串口发送指定长度的数据。如果超时没发送完成，则不再发送，返回超时标志（HAL_TIMEOUT）。

参数：

UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名 如 : UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1
*pData 需要发送的数据
Size 发送的字节数
Timeout 最大发送时间，发送数据超过该时间退出发送

举例：   HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)ZZX, 3, 0xffff);   //串口发送三个字节数据，最大传输时间0xffff

中断接收数据：

HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

功能：串口中断接收，以中断方式接收指定长度数据。
大致过程是，设置数据存放位置，接收数据长度，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，进入中断接收回调函数，不再触发接收中断。(只触发一次中断)

参数：

UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名 如 : UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1
*pData 接收到的数据存放地址
Size 接收的字节数

举例：    HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&value,1);   //中断接收一个字符，存储到value中

2、串口中断函数

HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart); //串口中断处理函数
HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //串口发送中断回调函数
HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //串口发送一半中断回调函数（用的较少）
HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //串口接收中断回调函数
HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//串口接收一半回调函数（用的较少）
HAL_UART_ErrorCallback();串口接收错误函数

串口接收中断回调函数：

HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

功能：HAL库的中断进行完之后，并不会直接退出，而是会进入中断回调函数中，用户可以在其中设置代码，

串口中断接收完成之后，会进入该函数，该函数为空函数，用户需自行修改，

参数：

UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名 如 : UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1

举例：   HAL_UART_RxCpltCallback(&huart1){           //用户设定的代码               }

串口中断处理函数

HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);

功能：对接收到的数据进行判断和处理 判断是发送中断还是接收中断，然后进行数据的发送和接收，在中断服务函数中使用

如果接收数据，则会进行接收中断处理函数

 /* UART in mode Receiver ---------------------------------------------------*/
  if((tmp_flag != RESET) && (tmp_it_source != RESET))
  { 
    UART_Receive_IT(huart);
  }

如果发送数据，则会进行发送中断处理函数

  /* UART in mode Transmitter ------------------------------------------------*/
  if (((isrflags & USART_SR_TXE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TXEIE) != RESET))
  {
    UART_Transmit_IT(huart);
    return;
  }

3串口查询函数

HAL_UART_GetState(); 判断UART的接收是否结束，或者发送数据是否忙碌

举例：

while(HAL_UART_GetState(&huart4) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX)   //检测UART发送结束

USART接收与发送

重新定义printf函数

在 stm32f4xx_hal.c中包含#include <stdio.h>

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include <stdio.h>
extern UART_HandleTypeDef huart1;   //声明串口

在 stm32f4xx_hal.c 中重写fget和fput函数

/**
  * 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx
  * 输入参数: 无
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}
 
/**
  * 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx
  * 输入参数: 无
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

在main.c中添加

 #define RXBUFFERSIZE  256
char RxBuffer[RXBUFFERSIZE];

 
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
			printf("Z小旋测试\n");
			HAL_Delay(1000);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

之后便可以使用Printf函数和Scanf，getchar函数

UART接收中断

因为中断接收函数只能触发一次接收中断，所以我们需要在中断回调函数中再调用一次中断接收函数

具体流程：

1、初始化串口

2、在main中第一次调用接收中断函数

3、进入接收中断，接收完数据进入中断回调函数

4、修改HAL_UART_RxCpltCallback中断回调函数，处理接收的数据，

5 回调函数中要调用一次HAL_UART_Receive_IT函数，使得程序可以重新触发接收中断

函数流程图：

HAL_UART_Receive_IT(中断接收函数) -> USART2_IRQHandler(void)(中断服务函数) -> HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)(中断处理函数) -> UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart) (接收函数) -> HAL_UART_RxCpltCallback(huart);(中断回调函数)

HAL_UART_RxCpltCallback函数就是用户要重写在main.c里的回调函数。

代码实现：

并在main.c中添加下列定义：

#include <string.h>
 
#define RXBUFFERSIZE  256     //最大接收字节数
char RxBuffer[RXBUFFERSIZE];   //接收数据
uint8_t aRxBuffer;			//接收中断缓冲
uint8_t Uart1_Rx_Cnt = 0;		//接收缓冲计数

在main()主函数中，调用一次接收中断函数

/* USER CODE BEGIN 2 */
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1);
/* USER CODE END 2 */

在main.c下方添加中断回调函数

/* USER CODE BEGIN 4 */
 
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(huart);
  /* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_UART_TxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
 
	if(Uart1_Rx_Cnt >= 255)  //溢出判断
	{
		Uart1_Rx_Cnt = 0;
		memset(RxBuffer,0x00,sizeof(RxBuffer));
		HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"数据溢出", 10,0xFFFF); 	
        
	}
	else
	{
		RxBuffer[Uart1_Rx_Cnt++] = aRxBuffer;   //接收数据转存
	
		if((RxBuffer[Uart1_Rx_Cnt-1] == 0x0A)&&(RxBuffer[Uart1_Rx_Cnt-2] == 0x0D)) //判断结束位
		{
			HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&RxBuffer, Uart1_Rx_Cnt,0xFFFF); //将收到的信息发送出去
            while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX);//检测UART发送结束
			Uart1_Rx_Cnt = 0;
			memset(RxBuffer,0x00,sizeof(RxBuffer)); //清空数组
		}
	}
	
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1);   //再开启接收中断
}
/* USER CODE END 4 */

发送数据被正常返回

STM32 单片机硬件电路嵌入式 ARM

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USART接收与发送

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UART接收中断

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