介绍
什么是USART
- USART: Universal synchronous asynchronous reciever and transmitter
- 可以在单片机或者电脑之间简单的发送/接受一串数据
- 同步/异步：指有无时钟线
- 三根线：TX RX GND
- 全双工：可以同时、双向地收发数据
教程：
架构
HAL库已经封装了发送和接收细节上的逻辑，不需要手动完成，仅了解即可
- DR数据寄存器，同一个地址，硬件上实际分为两个
- TDR 1byte发送数据寄存器，向DR写入时写入到TDR
- RDR 1byte接收数据寄存器，从DR读取时实际从RDR读取
- 标志位
- TXE 发送寄存器空，表示可以写入数据了，写TDR自动置1，TDR被转移到移位寄存器自动置0
- RXNE 接收寄存器非空，表示可以读取数据了，串口输入从移位寄存器转移到RDR自动置1，读RDR自动置0
- 中断事件
- 可以在在发送/接收完一个字节，或是接收总线空闲时产生中断
- 使用HAL库时，发送/接收完一整个Buffer，HAL库自动调用回调函数
语法
UART有三种收发方式：
- 阻塞模式：库函数在前台处理收发，阻塞用户代码运行，直到任务完成或超时返回。
- 中断模式：库函数在后台处理收发，每收发一个字节就进入中断，库函数在后台自动处理中断，任务完成后自动调用用户自定义的回调函数
- DMA模式：后续介绍。使用DMA(Direct Memory Access)搬运数据，不需要频繁进入中断，提高运行性能
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/*阻塞收发函数*/
// 以阻塞的方式发送，库函数在前台处理发送，缓冲区发送完 或 超时后退出
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
// 以阻塞的方式接收，库函数在前台处理接受，缓冲区接收满 或 超时后退出
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
// 以阻塞的方式接收，库函数在前台处理接收，空闲 或 缓冲区接收满 或 超时后退出
HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint16_t *RxLen, uint32_t Timeout);
/* 中断收发函数 */
// 以中断的方式接收，每收到一个字节就进入RXNE中断，库函数在后台自动处理中断，缓冲区收满 自动调用接收完毕回调函数
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
// 以中断的方式接收，每收到一个字节就进入RXNE中断，库函数在后台自动处理中断，空闲 或 缓冲区收满 等事件自动调用UARTEx事件回调函数
HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
/* 回调函数 */
// 接收完毕回调函数，如果连续接收要在此重新开始接收
__weak void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){}
// UARTEx事件回调函数，如果连续接收要在此重新开始接收，具体什么事件会调用请参考HAL手册
__weak void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size){}
// 查询是什么事件触发了UARTEx回调函数
HAL_UART_RxEventTypeTypeDef HAL_UARTEx_GetRxEventType (UART_HandleTypeDef * huart);
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接收函数（比如Receive或Receive_IT）如果缓冲区太小，数据量大的时候会卡死。原因：
可以设置大一点的缓冲区然后用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT 或改用DMA
实践：阻塞模式收发
目标
使用阻塞模式，电脑发送数据给STM32，STM32从串口接收数据后马上原样从串口发送出去
配置CubeMX
可以把第一个空项目的.ioc文件复制出来改个名字再配置，不用每次都调那几个基本参数
我这里用USART1来测试
代码
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/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
// 缓冲区
uint8_t data[100]={0};
// 已接收数据大小
uint16_t rxlen;
while (1)
{
// 接收数据到data
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle(&huart1, data, sizeof(data), &rxlen, HAL_MAX_DELAY);
// 原样发送数据
HAL_UART_Transmit(&huart1, data, rxlen, 1000);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
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运行
电脑上需要下载串口调试工具，网络上有很多这类的工具，比如Termius, Putty，我随便在微软商店上下载了“串口调试助手”
根据原理图，连接stm32和电脑的串口（外置CH340模块，或者下载器上自带串口），记得连接三根线并且TX,RX交叉连接
通过串口调试工具调试，随意发送一些数据，应该可以看到发送的数据被原样回传。
但是当一次发送的数据量超过data buffer的大小时会出现问题，表现为100bytes后面的数据会被丢弃。因为收到100字节之后，程序被阻塞在HAL_UART_Transmit以发送数据，RDR寄存器只有1byte，在发送过程中收到的数据 因为程序没有从寄存器及时取出 而被覆盖丢弃了。
实践：中断模式收发
目标
使用中断模式，电脑发送数据给STM32，STM32从串口接收数据后马上原样从串口发送出去
配置CubeMX
- 最左侧外设列表
Connectivity -> USART1 -> 中间下方Configuration -> NVIC Settings页面 -> 勾选USART1 global interrupt以启用中断
代码
在main函数前面添加 全局变量定义 和 回调函数定义
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/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
// 把buffer和data都定义为全局变量
uint8_t rxbuf[100]={0}; // 一级缓冲
uint8_t data[100]={0}; // 二级缓冲
volatile uint8_t rxlen=0; // 接收内容长度
// 定义回调函数
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
memcpy(data,rxbuf,Size); // 迅速把缓冲区的数据复制出来，避免马上到来的数据将其覆盖
rxlen = Size; // 收到的数据长度
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(huart,rxbuf,sizeof(rxbuf)); // 重新开启接收
}
/* USER CODE END 0 */
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在while循环里添加数据发送的代码
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/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf)); // 开启中断
while (1)
{
if (rxlen > 0) // 如果有接收到数据
{
uint8_t tmp=rxlen;
rxlen = 0;
HAL_UART_Transmit(&huart1, data, tmp, 1000); // 原样发送数据
}
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
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不在回调函数中调用HAL_UART_Transmit发送数据，因为阻塞式发送数据消耗较长的时间，需要避免在中断函数中消耗较长时间。
运行
在我这里测试，发送大量数据也没有观察到错误或者数据丢失。改用921600的波特率也没有问题。
实践：DMA模式收发
参考HAL库完成
Todo…