关于DMA原理部分讲解,及CubeMx配置部分,请参考该文章
【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程十一—DMA (串口DMA发送接收)
本篇文章我们仅针对例程进行详解剖析

历程详解

详解包括:

  • 中断原理讲解
  • 例程流程详解
  • 库函数分析详解
  • 对应寄存器介绍
  • 对应函数介绍
  • 对应注释详解

本篇文章提供两种方法:
一种是 :IDLE 接收空闲中断+DMA
一种是: IDLE 接收空闲中断+RXNE接收数据中断

都可完成串口数据的收发

知识点介绍:

STM32 IDLE 接收空闲中断

功能:
在使用串口接受字符串时,可以使用空闲中断(IDLEIE置1,即可使能空闲中断),这样在接收完一个字符串,进入空闲状态时(IDLE置1)便会激发一个空闲中断。在中断处理函数,我们可以解析这个字符串。

接受完一帧数据,触发中断

STM32的IDLE的中断产生条件
在串口无数据接收的情况下,不会产生,当清除IDLE标志位后,必须有接收到第一个数据后,才开始触发,一但接收的数据断流,没有接收到数据,即产生IDLE中断

STM32 RXNE接收数据中断

功能:
当串口接收到一个bit的数据时,(读取到一个停止位) 便会触发 RXNE接收数据中断

接受到一个字节的数据,触发中断

比如给上位机给单片机一次性发送了8个字节,就会产生8次RXNE中断,1次IDLE中断。

串口CR1寄存器
在这里插入图片描述
对bit4写1开启IDLE接受空闲中断
,对bit5写1开启RXNE接收数据中断。

串口ISR寄存器
在这里插入图片描述
此寄存器为串口状态查询寄存器

当串口接收到数据时,bit5 RXNE就会自动变成1,当接收完一帧数据后,bit4就会变成1.

清除RXNE中断标志位的方法为:

只要把接收到的一个字节读出来,就会清除这个中断

在STM32F1 /STM32F4 系列中 清除IDLE中断标志位的方法为:

  1. 先读SR寄存器,
  2. 再读DR寄存器。

在这里插入图片描述

memset()函数

extern void *memset(void *buffer, int c, int count)
  • buffer:为指针或是数组
  • c:是赋给buffer的值
  • count:是buffer的长度.

USART采用DMA接收时,如何读取当前接收字节数?

   #define __HAL_DMA_GET_COUNTER(__HANDLE__) ((__HANDLE__)->Instance->CNDTR);

DMA接收时该宏将返回当前接收空间剩余字节

实际接受的字节= 预先定义的接收总字节 - __HAL_DMA_GET_COUNTER()

其本质就是读取NTDR寄存器,DMA通道结构体中定义了NDTR寄存器,读取该寄存器即可得到未传输的数据数呢,

NTDR寄存器
在这里插入图片描述

实现方法:

两种利用串口IDLE空闲中断的方式接收一帧数据,方法如下:

方法1:实现思路:采用STM32F103的串口1,并配置成空闲中断IDLE模式且使能DMA接收,并同时设置接收缓冲区和初始化DMA。那么初始化完成之后,当外部给单片机发送数据的时候,假设这次接受的数据长度是200个字节,那么在单片机接收到一个字节的时候并不会产生串口中断,而是DMA在后台把数据默默地搬运到你指定的缓冲区数组里面。当整帧数据发送完毕之后串口才会产生一次中断,此时可以利用__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);函数计算出当前DMA接收存储空间剩余字节

本次的数据接受长度=预先定义的接收总字节-接收存储空间剩余字节

  • 比方说 本次串口接受200个字节,
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,200);//打开DMA接收
  • 然后我发送了 Zxiaoxuan 9个字节的数据长度

  • 那么此时 GET_COUNTER函数读出来 接收存储空间剩余字节 就是191个字节

  • 实际接受的字节(9) = 预先定义的接收总字节(200) - __HAL_DMA_GET_COUNTER()(191
    9 = 200-191

应用对象:适用于各种串口相关的通信协议,如:MODBUS,PPI ;还有类似于GPS数据接收解析,串口WIFI的数据接收等,都是很好的应用对象。

方法2:实现思路:直接利用stm32的RXNE和IDLE中断进行接收不定字节数据。 每次接收到一个字节的数据,触发RXNE中断 将该字节数据存放到数组里,传输完成之后,触发一次IDLE中断,对已经获取到的数据进行处理

例程1

本例程功能:

使用DMA+串口接受空闲中断 实现将接收的数据完整发送到上位机的功能

在这里插入图片描述
接收数据的流程:

首先在初始化的时候打开DMA接收,当MCU通过USART接收外部发来的数据时,在进行第①②③步的时候,DMA直接将接收到的数据写入缓存rx_buffer[100] //接收数据缓存数组,程序此时也不会进入接收中断,在软件上无需做任何事情,要在初始化配置的时候设置好配置就可以了。

数据接收完成的流程:

当数据接收完成之后产生接收空闲中断④

在中断服务函数中做这几件事:

  • 判断是否为IDLE接受空闲中断
  • 在中断服务函数中将接收完成标志位置1
  • 关闭DMA防止在处理数据时候接收数据,产生干扰。
  • 计算出接收缓存中的数据长度,清除中断位,

while循环 主程序流程:

  • 主程序中检测到接收完成标志被置1
  • 进入数据处理程序,现将接收完成标志位置0,
  • 将接收到的数据重新发送到上位机
  • 重新设置DMA下次要接收的数据字节数,使能DMA进入接收数据状态。

例程代码:

uart.c

volatile uint8_t rx_len = 0;  //接收一帧数据的长度
volatile uint8_t recv_end_flag = 0; //一帧数据接收完成标志
uint8_t rx_buffer[100]={0};  //接收数据缓存数组
void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
//下方为自己添加的代码
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); //使能IDLE中断

//DMA接收函数,此句一定要加,不加接收不到第一次传进来的实数据,是空的,且此时接收到的数据长度为缓存器的数据长度
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,BUFFER_SIZE);

	
}

uart.h

extern UART_HandleTypeDef huart1;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;
/* USER CODE BEGIN Private defines */
 
 
#define BUFFER_SIZE  100  
extern  volatile uint8_t rx_len ;  //接收一帧数据的长度
extern volatile uint8_t recv_end_flag; //一帧数据接收完成标志
extern uint8_t rx_buffer[100];  //接收数据缓存数组

main.c

/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DMA_Usart_Send
* 功能说明: 串口发送功能函数
* 形  参: buf,len
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void DMA_Usart_Send(uint8_t *buf,uint8_t len)//串口发送封装
{
 if(HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, buf,len)!= HAL_OK)   //判断是否发送正常,如果出现异常则进入异常中断函数
  {
   Error_Handler();
  }

}



/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DMA_Usart1_Read
* 功能说明: 串口接收功能函数
* 形  参: Data,len
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void DMA_Usart1_Read(uint8_t *Data,uint8_t len)//串口接收封装
{
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,Data,len);//重新打开DMA接收
}

while循环

 while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		 if(recv_end_flag == 1)  //接收完成标志
		{
			
			
			DMA_Usart_Send(rx_buffer, rx_len);
			rx_len = 0;//清除计数
			recv_end_flag = 0;//清除接收结束标志位
//			for(uint8_t i=0;i<rx_len;i++)
//				{
//					rx_buffer[i]=0;//清接收缓存
//				}
				memset(rx_buffer,0,rx_len);
  }
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,BUFFER_SIZE);//重新打开DMA接收
}

stm32f1xx_it.c中

#include "usart.h"

void USART1_IRQHandler(void)
{
	uint32_t tmp_flag = 0;
	uint32_t temp;
	tmp_flag =__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE); //获取IDLE标志位
	if((tmp_flag != RESET))//idle标志被置位
	{ 
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位
		//temp = huart1.Instance->SR;  //清除状态寄存器SR,读取SR寄存器可以实现清除SR寄存器的功能
		//temp = huart1.Instance->DR; //读取数据寄存器中的数据
		//这两句和上面那句等效
		HAL_UART_DMAStop(&huart1); //  停止DMA传输,防止
		temp  =  __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);// 获取DMA中未传输的数据个数   
		//temp  = hdma_usart1_rx.Instance->NDTR;// 读取NDTR寄存器,获取DMA中未传输的数据个数,
		rx_len =  BUFFER_SIZE - temp; //总计数减去未传输的数据个数,得到已经接收的数据个数
		recv_end_flag = 1;	// 接受完成标志位置1	
	 }
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);

}

注释详解:

注释1:

temp = UartHandle.Instance->SR;  //清除状态寄存器SR,读取SR寄存器可以实现清除SR寄存器的功能
temp = UartHandle.Instance->DR; //读取数据寄存器中的数据

这两句被屏蔽的原因是它们实现的功能和这下面串口IDLE状态寄存器SR标志位清零的宏定义实现的功能是一样的:

__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位

我们可以点击这个宏定义进去看看,它实现的功能和上面两句是一样的:

#define __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(HANDLE) __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(HANDLE)

在这里插入图片描述
注释2:

temp  = hdma_usart1_rx.Instance->NDTR;// 获取DMA中未传输的数据个数,NDTR寄存器分析见下面  

同理, 这句被屏蔽的原因是因为他和上面的__HAL_DMA_GET_COUNTER的作用也是一样的,都可以获取DMA中未传输的数据个数
在这里插入图片描述

测试正常:
在这里插入图片描述

  • 此程序可以进行接收不定长的数据帧,不需像RXNE每次接收到一个字节就进一次中断。
  • 同时开启DMA传输速率也会加快

完整例程下载:ZXiaoxuanSTM32-DMA-IDLE

例程2

UART中断使能函数

__HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__)

功能: 该函数的作用是使能对应的UART中断

在stm32f1xx_hal_uart.h中被宏定义
在这里插入图片描述

可以使能的中断一共有这些:
在这里插入图片描述

我们现在所用到的为:

  *  @arg UART_IT_RXNE: Receive Data register not empty interrupt
  *  @arg UART_IT_IDLE: Idle line detection interrupt

RXNE接收数据中断
IDLE 接收空闲中断

在这里插入图片描述

本例程功能:

使用RXNE接收数据中断+IDLE串口接受空闲中断 实现将接收的数据完整发送到上位机的功能

接收数据的流程:

首先在初始化的时候打开DMA接收,当MCU通过USART接收外部发来的数据时,在进行第①②③步的时候,DMA直接将接收到的数据写入缓存rx_buffer[100] //接收数据缓存数组,同样初始化配置的时候设置好配置就可以了。

接收到一个字节数据:
接收到一个字节的数据之后,便会进入RXNE接收数据中断,

接受完一帧数据之后,便会进入IDLE 接收空闲中断

uart.c中添加中断函数

void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE); //使能IDLE中断
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); //使能IDLE中断

//DMA接收函数,此句一定要加,不加接收不到第一次传进来的实数据,是空的,且此时接收到的数据长度为缓存器的数据长度
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,BUFFER_SIZE);

	
}

其核心代码就是下面的两句
在这里插入图片描述
第一条语句用来判断是否接收到1个字节,第二条语句用来判断是否接收到1帧数据


	if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE)!= RESET)  //如果接收到了一个字节的数据
	{
			HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5);    //反转LED
	}
	
	if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE)!= RESET)//如果接受到了一帧数据
	{ 
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位

其余部分于上方例程1基本相同

  • 本次测试是检测接收到一个字节就反转LED

经测试,历程正常:
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述