STM32基础教程（CubeMX）—— 串口通信（USART协议）

串口通信原理

串口通信

通过单一数据线进行数据传输的通信方式，另外还有并行通信的方式。串口通信一次只能发送一个字符，包括起始位、数据位、校验位和停止位。

单工、半双工、全双工、异步、同步

单工：数据只能单向传输。
半双工：数据可以双向传输，但是不能同时发送。
全双工：数据可以双向传输，且可以同时发送。
异步（Universal）：通信双方的时钟不一样时的通信。
同步（Synchronous）：通信双方的时钟一样时的通信。

UART和USART

UART（通用异步收发器）和USART（通用同步异步收发器）：串口通信的一种通信协议。速率不快，可全双工，结构上一般由波特率发生器、UART/USART发送器、UART/USART接收器组成，硬件上只有两条线，一收一发。
通信格式：通信时，高电平表示没有数据传输，高电平后的第一个低电平表示数据传输开始，之后接受数据，接受完毕后拉到高电平，最少需要一个高电平的停止位。即，传送一个字节，至少需要10位的空间。通信的两个芯片必须共地，两个芯片的输出TXD和输入RXD分别连接（A的输入连接B的输出），且STM32的TXD设置为输出推挽模式，RXD设置为输入上拉模式。通信频率就是波特率，即一个信号保持的时间是波特率的导数。
与电脑的通信：UART通信方式电脑不具备，电脑的通信方式是USB通信，它比UART复杂得多。为了实现串口与电脑的通信，需要通过一个转换芯片来进行协议的转换，并且在电脑端还需要软件来显示串口发送来的内容，这个软件就是“串口调试助手”。

CubeMX的操作

USART的设置

在"Pinout & Configuration"界面下，左侧选择下拉菜单"Connectivity"，下拉菜单中选择USART，你会发现有好几个可以选择，具体使用哪个，需要参考原理图，看USB转串口连接的是哪个，这里选择USART1。
中间的界面里出现对应的窗口，“Mode”下“Mode”选择异步通信(asynchronous)。
“Mode”下方的“Configuration”中，选择"Parameter Settings"窗口。第一个下拉菜单第一个波特率一般选择115200就可以了，第二个数据位选8位，第三个奇偶校验选择无（），第四个停止位一般选1位（设置成2位更可靠）。
“Mode”下方的“Configuration”中，选择"NVIC Settings"窗口，勾选串口中断。原则：一个中断服务一个外设，不同中断使用相同变量保证他们的优先级一致。防止出现未知错误（打断造成的错误）。
设置作为串口通信的串口的状态，即输入（Rx）设置为上拉电阻，输出（Tx）设置为推挽模式（Altermate Function Push Pull）。输入上拉是因为USART协议中，高电平表示没有信号传入。

Keil5的操作

阻塞式发送数据

不带中断的发送：使用函数HAL_UART_Transmit(UART的地址，发送的数组的地址，发送的数组的大小，发送的时间)。其中“发送的数组的大小”是指发送的字节数，不包括空字符；“发送的时间”参数限制了发送的总时间，如果发送的总时间超过这个事件就不发送了。
重定向Printf函数：stdio.h头文件中声明了一个fputc函数，使用printf发送字符串时，相当于多次调用这个函数，所以，只要在自己的任意一个c文件中定义这个函数并编辑，把传入它的这个字符输出到自己想要的地方即可完成对Printf的重定向，传入它的文件指针不管，就可以在其他地方如常使用Printf了。

自己重新编写的fputc函数示例（发送到USART1）

 /**
  * @brief 对Printf进行重定向的函数，发送到USART1，不带中断
  * @param ch是printf函数需要发送的一个字符；file是目标文件，这里没有使用这个参数
  * @retval 未知
  */
 int fputc(int ch, FILE * file)
 {
 	HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,50);
	return 0;
 }

阻塞式接收数据

利用中断接收：定义一个全局变量字符数组，在主函数中调用带中断的接收函数HAL_UART_Receive_IT(USART通道地址,接受的数据存放的数组地址,接受的数据大小)。之后再中断回调函数HAL_UART_RxCpltCallback中对接收到的数据进行处理，并且再使用一次带终端的接收函数开始下一次的数据接收。

例程，该程序还将历史接收数据存储了起来：
主函数文件中定义全局变量：uint16_t Key_Detection(GPIO_TypeDef * Key_Port, uint16_t Key_Pin, GPIO_PinState Level);
主函数中调用带中断的数据接收函数HAL_UART_Receive_IT(&huart1,USART_Receive,1);
中断回调函数所在文件需加头文件：#include "stdio.h" #include "lcd.h" #include "math.h" #include "string.h"
中断回调函数：
extern uint8_t USART_Receive[5], USART_Receive_Save[200],USART_Receive_Number;
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	char str[100] = {0};
	if(huart == &huart1)
	{
		/*将接收到的数据显示在LCD上*/
		strcat(str,"I have received:");
		strcat(str,(char *)USART_Receive);
		LCD_ShowString(5,305,200,5,12,(uint8_t *)str);
		/*将接收到的数据存储在Save数组中，并且开始接受下一个字节*/
		USART_Receive_Save[USART_Receive_Number] = USART_Receive[0];
		USART_Receive_Number++;
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1,USART_Receive,1);
	}

使用DMA进行通信

原理：DMA是一个寄存器，完成搬运数据的任务。在完成任务后会通知CPU完成，如果有设置中断就进入相应的中断，期间CPU不被占用。

配置好串烤的相关参数
配置DMA，配置的地方就在设置USART的地方，在下方的窗口里面找到DMA的界面，选择添加一个DMA，配置一般选择默认就可以了。DMA的模式分为普通模式和循环模式，循环模式就是把要求发送的数据重复发送，直到接收到停止指令。
DMA无法使用printf发送，它的发送函数为HAL_UART_Transmit_DMA(UART地址，发送的数组，发送的字节数)，发送的字节数不知道时，可以使用"string.h"里面的strlen(字符串);。它的接收函数为HAL_UART_Receive_DMA(UART地址，接收的数组，接收的字节数)

DMA不定长接收

原理：就是说，未知数据长度大小，当不发送数据一定时间的时候就认为数据已经结束了。串口闲置中断就是，当接收了数据之后，串口闲置了一个字节的长度之后就会触发串口闲置中断。