代码收藏家技术教程 2023-12-06

STM32串口通信实战教程

STM32串口通信

学习计划

一、串口通信知识点

二、硬件部分

1.所需硬件

2.部分硬件连接

三、阻塞式

0、串口阻塞式发送和接收概念

1、STM32CUBEMX配置

2、编写阻塞式串口发送与接收代码

3、学习小技巧

4、程序编译与下载

5、程序验证

6、重定向printf和scanf

三、中断式

0、串口中断式发送和接收概念

1、STM32CUBEMX配置更新

2、编写中断式串口发送与接收代码

3、程序验证

四、DMA

0、DMA概念

1、STM32CUBEMX配置更新

2、编写DMA式不定长串口发送与接收代码

3、程序验证

参考文章

学习计划

每天更新STM32学习笔记

一、串口通信知识点

串口通信的数据按位顺序传输，其数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口，故串口通信至少需要两根线(GND和一根信号线)来实现单工通信。若要实现全双工通信，则要三根线(GND和两根信号线)。

串口通信的数据包由起始位、数据位(5~8位)、校验位(奇\偶\无校验位)以及停止位组成，通信双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。

串口通信速率：波特率，单位Bits/s。

UART只用于异步通信；USART用于同步/异步通信。若为同步通信，则要加一根时钟线。

嵌入式中的通讯协议——UART、I2C、SPI、DMA

二、硬件部分

1.所需硬件

STM32F407ZGT6相关开发板、USB转TTL、STLINK下载器

2.部分硬件连接

USB转TTL———–STM32
RXD——————-PA9
TXD——————-PA10

STLINK————–STM32
SWCLK————–PA14
SWDIO————–PA13

三、阻塞式

0、串口阻塞式发送和接收概念

串口阻塞发送：发送一段数据，在没有发送完所有数据之前，一直停留在此发送函数（可设定阻塞时间），这个过程中会阻塞别的程序运行；

1、STM32CUBEMX配置

在STM32CUBEMX中配置时钟树、选择系统调试方式后，STM32CUBEMX入门
配置串口参数:异步，115200，8，NONE，1。

2、编写阻塞式串口发送与接收代码

生成代码后，在main.c文件-while死循环前添加代码：

//阻塞式发送
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"HELLO", 5, 20);
//写在while死循环前只发送一次HELLO

在main.c文件-while死循环中添加代码：

//阻塞式接收
uint8_t rev[5];
HAL_UART_Receive(&huart1 ,rev, 3, 0xFFFF);//接收：串口1句柄、接收区首地址、接收的字节数、超时时间ms	
HAL_UART_Transmit(&huart1, rev, 3, 0xFFFF);//接收到的数据，发送回去，验证是否发送成功

3、学习小技巧

编写阻塞式串口发送代码在学习的过程中可以通过左侧Functions栏，找到所需函数。
如需要串口发送函数：

4、程序编译与下载

编译成功后，连接好STLINK下载器，点击下载。

5、程序验证

连接USB转TTL模块，打开XCOM软件。

程序验证成功！

6、重定向printf和scanf

为了简写，需要重定向printf和scanf。但是printf()这个函数是格式化输出到屏幕的，scanf()函数又是格式化输入（从屏幕），并不能输出到串口助手中，所以需要进行重定向。

6.1、首先我们需要在keil集成开发环境中勾选STM32官方的微库(MicroLib是针对以C语言编写的基于ARM嵌入式应用程序的高度优化的库)。

6.2、引用标准库的头文件

#include <stdio.h>//引用标准库的头文件，重定义printf，scanf

6.3、添加重定向代码

//因为printf内部就是调用fputc进行单个字符输出，
//所以重定向printf就将单个字符以串口的形式发送出去。
int fputc(int c,FILE *f)//重定向printf
{
   uint8_t ch[1]={c};
   HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
   return c;
}
int fgetc(FILE *stream)//重定向scanf
{
   uint8_t ch[1];
   HAL_UART_Receive(&huart1, ch, 1, 0xFFFF);
   return ch[0];
}

6.4、使用printf和scanf函数实现阻塞式串口发送与接收

printf("ABC%d",123);//写在while死循环前,只发送一次ABC123

int i=0;
scanf("%d",&i);//用scanf接收数据，scanf通过回车判断结束的，所以接收的字节数要+2 \r\n 
printf("%d\r\n",i);//接收到的数据，用printf发送回去，验证是否发送成功

6.5、程序验证

三、中断式

0、串口中断式发送和接收概念

串口中断发送：送数据的过程在中断中进行，这个中断实际上是发送数据寄存器空的中断。

1、STM32CUBEMX配置更新

在阻塞式STM32CUBEMX配置上进行更新，再重新生成代码，自己写的阻塞式代码删除，学习中断式：

2、编写中断式串口发送与接收代码

    //main函数中，在while循环前
  	
	//中断式发送
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)"HELLO", 5);//调用次函数，每发完一个字节就会进入一次中断，	在中断中，HAL库会自动触发下一个中断，直到发送完数据

	//中断式接收
  //uint8_t rev[5];//不能定义局部变量，要定义全局变量，因有可能在接收到数据时，改局部变量已经被销毁了。
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1 ,rev, 3);//当接收完数据时，会直接进入接收回调函数，要在接收回调函数中写发送代码，实现与阻塞式一样的效果

//接收回调函数，写在main.c文件中
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, rev, 3);//接收到的数据，发送回去，验证是否发送成功
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1 ,rev, 3);//开启下一次接收中断
}

uint8_t rev[5];//全局变量

3、程序验证

四、DMA

0、DMA概念

DMA传输是将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。无须CPU的干预，通过DMA数据可以快速地移动。这就节省了CPU的资源来做其他操作。

1、STM32CUBEMX配置更新

在中断式STM32CUBEMX配置上进行更新：

USART1-DMA Setting-选择发送和接收，再重新生成代码：

2、编写DMA式不定长串口发送与接收代码

//在main.h中创建串口接收结构体
#define RX_BUF_MAX_LEN 512
typedef struct
{
	uint8_t rx_buff[RX_BUF_MAX_LEN];//缓存区
	uint16_t len;		//接收长度
}USRAT_RX;

//在stm32xxxx_it.c中定义结构体变量
/* USER CODE BEGIN PV */
USRAT_RX usart1_rx;//首先定义一个结构体变量
/* USER CODE END PV */

//在stm32xxxx_it.c中找到串口1中断服务函数，编写不定长串口收发程序
void USART1_IRQHandler(void)//串口1中断服务函数，当串口1产生任何中断都会进入此函数
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
 if(__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) != RESET)//如果空闲中断不为0 RESET，表示此时触发了空闲中断，收到一帧数据
 {
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1); //清除空闲中断		
		HAL_UART_DMAStop(&huart1);//停止串口1的DMA传输	 
		usart1_rx.len = RX_BUF_MAX_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx);	//计算接收到的数据长度：要接收到的字节数总数-剩余数=实际接收数
				
	  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,usart1_rx.rx_buff,usart1_rx.len);
	  HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,usart1_rx.rx_buff,RX_BUF_MAX_LEN);	
		
 }
  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

//在main.c中声明结构体变量
extern USRAT_RX usart1_rx;

//在main.c中添加string.h头文件，编写串口结构体初始化函数
#include <string.h>//使用memset函数，需引用此头文件

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
void Clear_Usart(USRAT_RX *usart_rx)		
//初始化(清空)串口结构体
{
	memset((uint8_t*)usart_rx,0,sizeof(USRAT_RX)); 
}
/* USER CODE END 0 */

//在main.c中while循环前
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	Clear_Usart(&usart1_rx); //初始化串口结构体
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);	//使能串口1的空闲中断，由于HAL库没有提供空闲函数的回调函数，所以要在串口中断服务函数中添加代码
  HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,usart1_rx.rx_buff,RX_BUF_MAX_LEN);	//打开DMA传输模式

  /* USER CODE END 2 */