STM32单片机——串口通信（轮询+中断）

串口通信相关概念

• 参考博文：STM32通信——串口通信概念详解

HAL库解析及CubeMX工程配置与程序设计

常用函数介绍

• 串口发送/接收函数

  HAL_UART_Transmit();	//串口发送数据，轮询发送
  HAL_UART_Receive();		//串口接收数据，轮询发送
  HAL_UART_Transmit_IT();	//串口中断模式发送
  HAL_UART_Receive_IT();	//串中断模式接收
  

  函数原型参数解析：
  以阻塞的方式发送指定字节的数据

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

  参数	解析
  UART_HandleTypeDef huart	UART_HandleTypeDef 结构体类型指针变量
  uint8_t * pData	指向要发送的数据地址
  uint16_t Size	要发送的数据大小，以字节为单位
  uint32_t Timeout	设置的超时时间，以ms单位

  以中断的方式接收指定字节的数据

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

  此函数执行完后将清除中断，需要再次调用以重新开启中断

  参数	解析
  UART_HandleTypeDef huart	UART_HandleTypeDef 结构体类型指针变量
  uint8_t * pData	指向接收数据缓冲区
  uint16_t Size	要发送的数据大小，以字节为单位

• 串口中断回调函数

  HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef*huart);		//串中断处理函数
  HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart);	//发送中断回调函数
  HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart);	//接收中断回调函数
  

CubeMX工程配置

• 时钟配置
  1. 采用外部高速晶振
     
  2. 时钟树配置
     
• 配置串口通信
  1. 配置异步通信模式
     
  2. 串口波特率及参数配置
     
  3. 打开串口中断（使用中断收发才需配置，轮询可不配置）
     

HAL库程序设计（轮询+中断）

轮询数据收发

• 1. 轮询发送

  HAL_UART_Transmit(&huart1,(unsigned char *)"hello world\r\n", strlen("hello world\r\n"),100);
  

• 2. printf重定向

  int fputc(int ch, FILE *f)
  {unsigned char temp[1]={ch};HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);return ch;
  }
  

• 3. 轮询接收

  unsigned char  uart1_buf[20] = {0};		//接收数据缓冲区while(1)
  {HAL_UART_Receive(&huart1, uart1_buf, 19, 100);HAL_UART_Transmit(&huart1, uart1_buf, strlen(uart1_buf), 100);if(strstr(uart1_buf,"open") != NULL)HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin,GPIO_PIN_RESET);else if( strstr(uart1_buf,"close") != NULL )HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin,GPIO_PIN_SET);memset(uart1_buf, 0, strlen(uart1_buf));	
  }
  

中断收发数据

• 1. 中断发送

  //usart.c 函数封装
  void SendString(UART_HandleTypeDef *huart, char *String)
  {HAL_UART_Transmit_IT(huart,(uint8_t *)String,strlen(String));
  }
  //main.c 函数调用
  SendString(&huart1,"haha\r\n");
  

• 2. 中断接收

  //串口中断接收变量定义
  unsigned char UART1_RX_Buffer[256];	//串口接收数组
  unsigned char UART1_RX_index = 0;	//接收下标计数器	
  unsigned char UART1_RX_flag  = 0;	//接收下标计数器	//开启接收中断,一次接收1个字符
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&RX_ch, 1);//中断服务函数
  void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
  {unsigned char RX_ch = '\0';			//接收中断缓冲if(huart->Instance == USART1){if(UART1_RX_index >= 255)  //溢出判断{UART1_RX_index = 0;memset(UART1_RX_Buffer,0x00,sizeof(UART1_RX_Buffer));}else			//正常接收数据，并放入数组{UART1_RX_Buffer[UART1_RX_index++] = RX_ch;   //接收数据转存if((UART1_RX_Buffer[UART1_RX_index-1] == 0x0A)&&(UART1_RX_Buffer[UART1_RX_index-2] == 0x0D)) //判断结束位{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&UART1_RX_Buffer, UART1_RX_index,0xFFFF); //将收到的信息发送出去UART1_RX_index = 0;memset(UART1_RX_Buffer,0x00,sizeof(UART1_RX_Buffer)); //清空数组}}//命令执行语句 对于复杂执行语句立flag, 在main函数中执行if(strstr((const char *)UART1_RX_Buffer,"open") != NULL)HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin,GPIO_PIN_RESET);else if( strstr((const char *)UART1_RX_Buffer,"close") != NULL )HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin,GPIO_PIN_SET);HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&RX_ch, 1);   //再开启接收中断	}
  }
  

固件库程序设计及实现

固件库配置流程

• 1.配置时钟：GPIO的时钟，串口的时钟，引脚复用的时钟
• 2.配置GPIO的结构体
• 3.配置串口的结构体
• 4.NVIC中断配置
• 5.数据发送及中断服务函数

结构体配置及初始化程序

• 使能时钟

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能GPIOA时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);	//使能USART1时钟
  

• 使能GPIO口

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  //USART1_TX   GPIOA.9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; 			//PA.9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;		//复用推挽输出//USART1_RX	  GPIOA.10初始化
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;			//PA10
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA
  

• 串口参数配置

  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;//USART 初始化设置
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;												//串口波特率
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;		//字长为8位数据格式
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;			//一个停止位
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;				//无奇偶校验位
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 						//初始化串口1USART_Cmd(USART1, ENABLE);                   					//使能串口1 
  

• NVIC中断配置

  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;//Usart1 NVIC 配置
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		//子优先级3
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);	//开启串口接受中断
  

• 串口1初始化程序

  void Usart1_Init(u32 bound)
  {//GPIO端口设置GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟//USART1_TX   GPIOA.9GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9//USART1_RX	  GPIOA.10初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10  //Usart1 NVIC 配置NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		//子优先级3NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器//USART 初始化设置USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 			//初始化串口1USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);	//开启串口接受中断USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    	//使能串口1 
  }
  

串口发送自定义函数封装

• printf重定向

  int fgetc(FILE *f)
  {while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE)==RESET);return (int)USART_ReceiveData(USART1);
  }
  

• 串口写字节函数

  /** 功能：串口写字节函数* * 参数1：USARTx ：串口号* * 参数2：Data   ：需写入的字节*/
  void USART_Send_Byte(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
  {USART_SendData(USARTx, Data);while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE)==RESET);
  }
  

• 串口发送字符串函数

  /*
  *	函数名称：	Usart_SendString
  *	
  *	函数功能：	串口数据发送
  *	
  *	入口参数：	USARTx：串口组
  *	
  *				str：要发送的数据
  *	
  *				len：数据长度
  */
  void Usart_SendString(USART_TypeDef *USARTx, unsigned char *str, unsigned short len)
  {unsigned short count = 0;for(; count < len; count++){USART_SendData(USARTx, *str++);									//发送数据while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET);		//等待发送完成}
  }
  

• 串口格式化打印

  /*
  *	函数名称：	UsartPrintf
  *
  *	函数功能：	格式化打印
  *
  *	入口参数：	USARTx：串口组
  *				fmt：不定长参	
  */
  #include <stdarg.h>
  void UsartPrintf(USART_TypeDef *USARTx, char *fmt,...)
  {unsigned char UsartPrintfBuf[296];va_list ap;unsigned char *pStr = UsartPrintfBuf;va_start(ap, fmt);vsnprintf((char *)UsartPrintfBuf, sizeof(UsartPrintfBuf), fmt, ap);							//格式化va_end(ap);while(*pStr != 0){USART_SendData(USARTx, *pStr++);while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET);}
  }
  

中断服务函数（数据接收）

//串口接收变量定义
unsigned char usart1_buffer[128] = {'\0'};	//接收缓存
unsigned char usart1_index = 0;				//中断下标索引
unsigned char usart1_flag = 0;				//中断标志位//串口中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void)
{uint16_t ch;			//串口接收字节缓冲if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //串口收到数据{if(usart1_index == 127)												//下标溢出{	usart1_index = 0;memset(usart1_buffer,0x00,sizeof(usart1_buffer));}ch = USART_ReceiveData(USART1);								//串口接收1个字节usart1_buffer[usart1_index++] = ch;						//数据存入接收数组if((usart1_buffer[usart1_index-1] == 0x0A)&&(usart1_buffer[usart1_index-2] == 0x0D)) //判断结束位{Usart_SendString(USART1,usart1_buffer,usart1_index);usart1_index = 0;//执行命令语句 对于复杂执行语句立flag, 在main函数中执行if(strstr((const char *)usart1_buffer,"open") != NULL)	//检测到open信号LED1 = 0;if(strstr((const char *)usart1_buffer,"close") != NULL)LED1 = 1;memset(usart1_buffer,0x00,sizeof(usart1_buffer)); 		//清空数组}USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);								//清除中断标志}
}

串口常用函数汇总

初始化函数:
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);
串口使能函数:
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);
中断配置函数:
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);
串口发送函数:
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
串口接收读取函数:
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
获取响应的串口表示位:
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
中断状态位获取:
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);