STM32CubeMX-UART串口通信详解

    分享本文学习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

• 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

    下面介绍工程的创建过程。

设置RCC

    设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源。

设置串口

• 点击USATR1

• 设置MODE为异步通信(Asynchronous)      

• 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
  

设置时钟

    我用的外部晶振为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
  

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

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
  

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。

    下面介绍下HAL库UART函数库。

 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。

    串口发送/接收函数如下。

• 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 是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 是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

    如下是串口中断函数。

• 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 是UATR的别名，如 :  

  UART_HandleTypeDef huart1;   //别名就是huart1

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;
}

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。

    在main.c中添加如下代码。

#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。

    关于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：

• 初始化串口

• 在main中第一次调用接收中断函数

• 进入接收中断，接收完数据  进入中断回调函数

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

• 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：

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 */
voidHAL_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。