STM32 HAL库USART串口通信详解：发送与不定长数据接收实战指南

目录

STM32 HAL库—USART：串口发送和不定长数据接收

前言：

适用场景：

实现目标：

软硬件环境：

串口通信基础知识：

1. USART（通用同步异步收发器）

2. DMA（直接存储器访问）

USART+DMA 的数据传输流程：

cudemx基础配置：

代码实现（关键部分）：

1.数组（缓冲区）定义

2.启动 UART 接收 中断

3. 重定义数据接收中断回调函数

4. 处理数据后回显

测试与验证：

注意要点：

结语：

STM32 HAL库—USART：串口发送和不定长数据接收

前言：

        在嵌入式系统中，串口通信（UART） 是最常见的通信方式之一。无论是调试信息的输出，还是设备间的数据交互，UART 都是不可或缺的通信手段。然而，在传统的串口通信中，如果使用阻塞模式进行数据收发，CPU 需要不断轮询状态寄存器，导致资源浪费，并降低系统的响应能力。

        为了解决这一问题，我们可以借助 DMA（直接存储器访问） 进行串口数据传输。DMA 允许外设直接访问内存，从而在数据传输过程中释放 CPU 资源，使其能够执行其他任务，提高系统的并行处理能力。本篇博客的目标是分享如何使用 STM32 HAL库 和 CubeIDE，基于 DMA+中断 实现高效的 UART 通信。

适用场景：

本次实验适用于以下应用场景：

实现目标：

1. 配置 UART 进行串口通信，实现数据的发送与接收。

2. 采用 DMA 进行数据传输，提高系统效率，减少 CPU 负担。

3. 结合 中断机制 处理不定长数据，提高数据接收的灵活性。

4. 通过 STM32CubeIDE 实现代码编写、下载与调试。

软硬件环境：

串口通信基础知识：

在进入实际配置和代码编写之前，我们先回顾一下 UART 和 DMA 的基本概念。

1. USART（通用同步异步收发器）

      UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种 异步 串行通信协议，它无需同步时钟信号，仅通过起始位、数据位、校验位和停止位进行数据传输。基本参数包括：

STM32 的 UART 采用 串行数据寄存器（DR）、状态寄存器（SR）和控制寄存器（CR） 进行数据收发和控制。

2. DMA（直接存储器访问）

DMA（Direct Memory Access）是一种允许外设直接访问内存的机制，它能够在不经过 CPU 参与的情况下完成数据传输。DMA 的主要特点包括：

在 STM32 中，DMA 传输方式一般有 外设到内存（接收）、内存到外设（发送）、内存到内存 三种模式。

USART+DMA 的数据传输流程：

为了让数据传输更加高效，我们采用 DMA+中断 结合的方式：

1. 发送数据（USART_TX + DMA）

2. 在程序中调用 HAL_UART_Transmit_DMA() 函数，将数据从内存传输到 UART 发送缓冲区。

3. DMA 自动完成数据传输，无需 CPU 轮询。

4. 接收数据（USART_RX + NVIC）

5. 开启USART接收中断。

6. 结合 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT() 使系统在数据接收完毕（或检测到空闲信号）时触发中断。

cudemx基础配置：

（1）配置系统时钟（选择HSE外部晶振，主频设置为168MHz）。

（2）USART通信配置：

     使能RX和TX引脚GPIO时钟和USART时钟；选择异步通信模式，基础配置为波特率115200,8比特（包含校验位），无校验位，一位停止位，接收发送模式。

（3）DMA配置：

     打开USART1_TX的DMA通道（系统自动选择对应映射的通道），传输方向为内存到外设。

（4）中断配置：串口一全局中断使能和DMA中断使能。

代码实现（关键部分）：

以下是本实验的核心代码逻辑：、

1.数组（缓冲区）定义

#define max_buf 50
 uint8_t tx_buf[max_buf]; //待发送的数据数组
 uint8_t rx_buf[max_buf]; //存放接收到的数据
 uint8_t flag=0;          //标志位，是否收到数据
 uint8_t length=0;        //数据长度

2.启动 UART 接收 中断

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart1, rx_buf, max_buf);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

3. 重定义数据接收中断回调函数

       这里把函数写到了main.c的code4可修改代码块中。先判断中断触发源，并置位标志位，同时获取接受数组长度。（长度是由HAL_UARTEx_RxEventCallback自动计算返回的）

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
	if(huart->Instance==USART1)
	{
		flag=1;
		length=Size;
	}
}
/* USER CODE END 4 */

4. 处理数据后回显

本博客中是将数据反转后发出。再次调用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT函数接收数据，同时清零标志位。

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	  if(flag==1)
	  {
		for(int i =0;i<length;i++)
		{
			tx_buf[i] = rx_buf[length -1 - i];    //将数据颠倒
		}
		tx_buf[length]='\0';

		HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,tx_buf, length);         //使用DMA发送数据
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart1, rx_buf, max_buf); //接收不定长数据
		flag=0;
	  }
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

测试与验证：

1. 打开串口调试助手，设置波特率为 115200，数据格式为 8N1。

2. 向 STM32 发送数据，STM32 在收到数据后将数据反转后会回显。

3. 观察 STM32 输出信息，如果能够正确回显，则表示 DMA+中断结合的串口通信正常工作。

注意要点：

1. DMA 配置要匹配外设：

2. 方向要设置正确（内存到外设、外设到内存）。

3. 数据宽度需匹配 UART（通常是字节单位）。

4. 使用 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT() 处理不定长数据。

   该函数能够在数据接收完成或者检测到空闲帧时，触发中断，适合接受不定长数据，避免固定长度数据带来的问题。

5. 避免在中断回调中执行耗时操作。

   如果数据量较大，建议将处理逻辑放在主循环中，避免阻塞其他中断。

结语：

      本篇博客介绍了 UART 串口通信，并结合 DMA 和中断机制，实现了高效的数据传输方式。通过 DMA，可以让 CPU 专注于其他任务，而中断机制确保了不定长数据的正确接收。这种方法在 物联网、工业自动化 等领域有着广泛的应用。

希望这篇博客能帮到你，如果你在实践中遇到问题，欢迎留言交流！🚀

作者：Open-car