单片机-STM32部分：10、串口UART
飞书文档
https://x509p6c8to.feishu.cn/wiki/W7ZGwKJCeiGjqmkvTpJcjT2HnNf
串口说明
电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：
TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0
RS232电平：-3~ -15V表示1，+3~ +15V表示0
RS485电平：两线压差+2~+6V表示1，-2 ~-6V表示0（差分信号）
STM32F103RC系列芯片中，有五个串口
| 3个USART,2个UART |
IO口说明：
点击图片可查看完整电子表格
| TX：发送数据输出引脚。 |
| 硬件流控说明，例如： |
创建工程，设置SWD，设置时钟。
配置USART1为异步通信方式，不需要硬件流控制。
| Asynchronous(异步通讯）主要使用 |
然后设置波特率为115200bps 数据长度8bit 没有校验位 1位停止位。
| 串口中，每个字节都装载在一个数据帧（10或11位）里，每个数据帧都由起始位、数据位和停止位，数据位有8个代表一个字节的8位。参数如下： |
波特率9600代表1s发送9600个bit,也就是1个bit发送需要100us左右
这时，软件会自动选择PA9与PA10做为串口的发送与接收引脚。
这时，我们可以生成工程
main.c
MX_USART1_UART_Init();usart.c
void MX_USART1_UART_Init(void)
{huart1.Instance = USART1;huart1.Init.BaudRate = 115200;huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK){Error_Handler();}
}那如何实现串口发送或接收数据呢？
| stm32f1xx_hal_uart.h |
有多种方式，我们先来了解第一种，阻塞轮询模式
| HAL_UART_Transmit (UART_HandleTypeDef *huart, const uint8 t *pData, uint16 t Size, uint32 t Timeout) |
现在，我们先实现发送功能，在main.c中添加发送代码
while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */uint8_t txbuf[]="Hello,world!";HAL_UART_Transmit(&huart1,txbuf,sizeof(txbuf),1000);HAL_Delay(500); }/* USER CODE END 3 */- 编译烧录至板卡，然后接好串口线连接到电脑。
- 打开串口调试助手，选择COM口，例如下方是COM5，根据自己电脑设备管理器的COM选择，插拔USB线，会显示新COM，如果提示COM口有叹号，则需要自行搜索CH340驱动安装。
串口调试助手软件：自行安装即可：参考飞书文档
- 然后设置波特率115200 8 N 1，即可看到间隔500ms打印信息。
参考工程：
如果烧录完没打印，可以重启或复位下
/* USER CODE BEGIN 2 */uint8_t rxbuf[12];/* USER CODE END 2 */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */if(HAL_UART_Receive(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf),1000) == HAL_OK){HAL_UART_Transmit(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf),1000);}}/* USER CODE END 3 */编译烧录至板卡，然后接好串口线连接到电脑，打开串口调试助手，设置波特率115200 8 N 1，发送ASCII码“Hello world”，
为什么“Hello world”是11个字符，我们需要接收rxbuf[12]是12个字节呢？
因为串口助手工具，会自动加上换行符，点击右侧的发送后，我们可以看到TX是12个字节。
串口中断方式
我们可以看到，上方的方式都是阻塞式发送，轮询接收的，简单的产品这样设计没有问题，但是做一些复杂的，对实时性有要求的产品时，就满足不了了，所以我们可以用到串口中断的功能，在CUBEMX中使能中断。
| 阻塞方式就好比你要拿快递，就一遍遍都前台询问快递到没到，在这期间你不能干别的， |
生成工程后，可以在stm32f1xx_it.c中看到生成了中断相关函数
/*** @brief This function handles USART1 global interrupt.*/
void USART1_IRQHandler(void)
{HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart){xxxxUART_Receive_IT(huart);xxxx
}static HAL_StatusTypeDef UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart){xxxxHAL_UART_RxCpltCallback(huart);xxxx
}
最终找到需要重写的虚函数
/*** @brief Rx Transfer completed callbacks.* @param huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains* the configuration information for the specified UART module.* @retval None*/
__weak void HAL_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_RxCpltCallback could be implemented in the user file*/
}然后在
main.c/* USER CODE BEGIN 0 */uint8_t rxbuf[10];uint8_t ackbuf[] = "ack pack";/* USER CODE END 0 *//* USER CODE BEGIN 2 */HAL_UART_Receive_IT(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf));/* USER CODE END 2 *//* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ if(huart == &huart1) //判断中断是否来自于串口1{HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,ackbuf,sizeof(ackbuf)); //通过中断的方式发送应答数据出去HAL_UART_Receive_IT(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf)); //开始接收下一轮数据}
}下载完成，点击复位。打开串口助手，连接到相应的端口，设置波特率为115200，从串口助手向单片机发送10个字节的数据，单片机将会把发过去的数据在返回给串口助手。必须发够10个字节以上的数据，才能够触发中断。
参考工程：
如果烧录完没打印，可以重启或复位下
串口中断+DMA方式
这时候，如果我们在开发产品过程中，需要频繁收发数据，且通信波特率较高时，如果采用中断方式，每收发一个字节的数据，CPU都会被打断，造成CPU无法处理其他事务。 因此在批量数据传输，通信波特率较高时，建议采用DMA方式。
|
串口中断每收发一个字节数据，CPU都会被打断 |
CPU只需要设置开始传输和处理传输结束的中断 |
DMA，全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。
DMA传输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。
我们知道CPU无时不刻的在处理着大量的事务，但有些事情却没有那么重要，比方说数据的复制和存储数据，如果我们把这部分的CPU资源拿出来，让CPU去处理其他的复杂计算事务，是不是能够更好的利用CPU的资源呢？
所以串口收发数据量大时可借助DMA，减轻CPU负担。即在内存与IO设备间传送一个数据块的过程中，不需要CPU的任何中间干涉，只需要CPU在过程开始时向设备发出“传送块数据”的命令，然后通过中断来得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪。
整个过程只产生两次中断，第一次是进入DMAx_Streamy_IRQHandler；第二次进入USARTx_IRQHandler。
| 前文说过中断方式就好比你告诉前台，等快递到了给你打电话，让你亲自来取，假设你正在做着一些重要的事情，正好来了电话让你取快递，这样一来就会耽误事。 |
STM32F103RC有12个独立的可配置的通道(请求)：DMA1有7个通道，DMA2有5个通道
每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求，每个通道都同样支持软件触发。这些功能通过 软件来配置。
这里，我们切换CUBEMX的USART1中，设置DMA，点击Add，把USART1_TX USART1_RX都添加进来。
注意，RX和TX下方的DMA Request Settings都需要设置为一样。
| Channel：通道 |
这里有个需要注意的地方，就是函数调用顺序
MX_DMA_Init()函数需要在其他初始化前调用，特别是在这个串口初始化前，不然会发送使用DMA发送会发送失败，在如下图位置配置调用顺序,必须先配置时钟再配置外设，MX_DMA_Init()里面有DMA时钟初始化
设置完成上面步骤，生成工程后，我们会发现DMA初始化在USART1之前，如果不进行这步设置，可能会出现发送失败的情况哦。
/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_DMA_Init();MX_USART1_UART_Init();然后，我们可以使用DMA方式实现串口发送
main.cwhile (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */uint8_t txbuf[]="Hello,world!";HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,txbuf,sizeof(txbuf));HAL_Delay(500); }/* USER CODE END 3 */也可以使用DMA方式实现串口收发
如果需要实时处理串口的数据，则需要打开串口全局中断。
UART一旦开启DMA之后，DMA通道全局中断都是强制开启的，DMA传输完整数据后，会触发HAL_UART_RxCpltCallback或HAL_UART_TxCpltCallback中断产生。
main.c/* USER CODE BEGIN 0 */uint8_t rxbuf[10];uint8_t ackbuf[] = "ack pack";/* USER CODE BEGIN 2 *///初始化DMA串口接收需要在串口初始化前？HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf));/* USER CODE END 2 *//* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ if(huart == &huart1) //判断中断是否来自于串口1{HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,ackbuf,sizeof(ackbuf)); //通过中断的方式发送应答数据出去//如果接收使用循环模式，则不用重新开启HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf)); //开始接收下一轮数据}
}参考工程：参考飞书文档
使用USART+DMA接收中断不定长数据
可以使用STM32 IDLE空闲中断实现，IDLE的中断产生条件：在串口无数据接收的情况下，不会产生，当清除IDLE标志位后，必须有接收到第一个数据后，才开始触发，一但接收的数据断流，没有接收到数据，即产生IDLE中断
main.c
/* USER CODE BEGIN 0 */
extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;
#define BUFFER_SIZE 100
uint8_t rxbuf[BUFFER_SIZE];/* USER CODE BEGIN 2 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf));/* USER CODE BEGIN 4 */
void UART_IDLEHandler(){if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE) == SET) //如果串口处于空闲状态{__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE);//清空空闲状态标志HAL_UART_DMAStop(&huart1); //关闭DMA传输//计算接收到的数据长度 ，已接收长度=需要接收总长度-剩余待接收长度uint8_t rlen = BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);//发送数据到上位机，当然，这里可以把数据复制到其它位置进行处理 HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,rxbuf,rlen);//重新打开DMA接收HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rxbuf,sizeof(rxbuf)); }
}main.h
/* USER CODE BEGIN EFP */
void UART_IDLEHandler(void);
/* USER CODE END EFP */stm32f1xx_it.c
/*** @brief This function handles USART1 global interrupt.*/
void USART1_IRQHandler(void)
{/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 *//* USER CODE END USART1_IRQn 0 */HAL_UART_IRQHandler(&huart1);/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */UART_IDLEHandler();/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}参考工程：参考飞书文档
端口复用
当然，USART1是支持复用功能的，可以重映像到其它IO上，如果我们在进行硬件设计时，发现PA9、PA10走线不好走，或者需要作为其它用途，我们可以把USART1映射到PB6 PB7，如何知道是否支持重映像，可以查看手册8.3章节。
可以在右侧的芯片图中找到PB6，设置为USART1_TX，PB7，设置为USART1_RX
串口重定向
在单片机中使用printf打印
使用HAL_UART_Transmit发送字符串很不方便，可以重定向printf()函数使printf通过串口打印字符串
| 使用串口重定向，必须勾选MicroLIB |
main.c
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes *//* USER CODE BEGIN 4 */
#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif
PUTCHAR_PROTOTYPE
{HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);return ch;
}