文章目录

1. 所用硬件
2. 生成工程
3. 查询模式
4. 中断模式
5. DMA模式
6. 串口重定向
7. 进阶——接收不定长数据

====>>> 文章汇总（有代码汇总） <<<====

1. 所用硬件

正点原子Mini板，主控 STM32F103RCT6.

用到的外设：LED、串口1（PA9、PA10）。原理图：
在这里插入图片描述

2. 生成工程

2.1. 创建工程选择主控

在这里插入图片描述

2.2. 系统配置

配置时钟源
在这里插入图片描述

配置debug模式（如果需要ST-Link下载及调试可以勾选）
在这里插入图片描述

配置时钟树（可以直接在HCLK那里输入72，然后敲回车会自动配置）
在这里插入图片描述

2.3. 配置工程目录

在这里插入图片描述

勾选上会单独生成 c文件和头文件
在这里插入图片描述

2.4. 配置用到的外设

PA8：LED0。
在这里插入图片描述

3. 查询模式

3.1. 配置串口

在这里插入图片描述

3.2. 生成代码

在这里插入图片描述

3.3. 编写代码

编写main.c代码

int main(void)
{
    
    
  /* USER CODE BEGIN 1 */
	char light_on[11] = "Light on \r\n";
	char light_off[12] = "Light off \r\n";
	char rec_buf[1] = {
    
    0};
  /* USER CODE END 1 */

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    
    
  	  // 串口1、接收数据的数组、接收的长度、等待时间
	  if(HAL_OK == HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 1, 0xFFFF))
	  {
    
    
			if(rec_buf[0] == 'A')
			{
    
    
				// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
				HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_on, 11, 0xFFFF);
				HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
			}
			else
			{
    
    
				// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
				HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_off, 12, 0xFFFF);
				HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
			}
	  }
	  
	  
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

3.4. 效果验证

编译、烧录、查看结果。
效果：使用串口调试助手
在这里插入图片描述
电脑发送一个字符A，单片机收到后发送 Light on 给电脑，同时LED亮。
电脑发送一个字符B(其他字符)，单片机收到后发送 Light off 给电脑，同时LED灭。

4. 中断模式

4.1. 配置串口

在这里插入图片描述

配置中断
在这里插入图片描述

4.2. 生成代码

在这里插入图片描述

4.3. 运行原理及代码分析

和分析中断的过程一样。打开工程，在stm32f1xx_it.h中可以看到函数USART1_IRQHandler，显然，这是串口中断处理函数，在中断处理函数中又调用了函数HAL_UART_IRQHandler(&huart1);

在这里插入图片描述

然后去看看函数HAL_UART_IRQHandler(&huart1);都干了什么事。在HAL_UART_IRQHandler(&huart1);函数中考虑了很多情况，从注释可以看出，不出错误的话，会调用函数UART_Receive_IT(huart);然后就返回了。
在这里插入图片描述

因此，我们看看函数UART_Receive_IT(huart);，在这个函数中也分了很多很多情况，我们直接看最后，最后有个函数HAL_UART_RxCpltCallback(huart);，从注释可以看出，这是个接收完成的回调函数。（学完配置以后，一定要看看7.1小节，关于这个函数的触发条件说明）
在这里插入图片描述

然后再去看看这个回调函数。还是在这个文件中，定义如下。
在这里插入图片描述

可以看到这个函数是个弱函数，用户可以再次定义该函数。也就是说，我们可以重新定义这个函数，并在函数中编写我们处理中断的逻辑。

注释写的也很清楚：
当需要回调时，不应修改此函数，HAL_UART_RxCpltCallback可以在用户文件中实现

这段放在哪都行。大的工程可以创建一个文件放进去；这里直接放在main.c中了。

/* USER CODE BEGIN PV */
char light_on[11] = "Light on \r\n";
char light_off[12] = "Light off \r\n";
char rec_buf[1] = {
    
    0};
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    
    
	// 判断是不是串口1 中断
	if(huart->Instance == USART1)
	{
    
    
		if(rec_buf[0] == 'A')
		{
    
    
			// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
			HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_on, 11, 0xFFFF);
			HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
		}
		else
		{
    
    
			// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
			HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_off, 12, 0xFFFF);
			HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
		}
		// 重新使能接收中断
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 1);
	}
}
/* USER CODE END PFP */

int main(void)
{
    
    
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
	// 开启串口接收中断
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 1);
	// 发送开始提示信息
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"start...\r\n", 10, 0xFFFF);
  while (1)
  {
    
    
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

4.4. 效果验证

编译、烧录、查看结果。

效果：使用串口调试助手
在这里插入图片描述

复位开发板，电脑收到 start…
电脑发送字符 A，单片机收到后发送 Light on 给电脑，同时 LED 亮；
电脑发送字符 B（其他字符也可），单片机收到后发送 Light off 给电脑，同时 LED 灭。

5. DMA模式

5.1. 配置串口

在这里插入图片描述

配置DMA

DMA (Direct Memory Access)直接存储器访问，可以不使用CPU，将数据在存储器与外设之间传输（也可以从存储器到存储器）。
STM32 最多有 2 个 DMA 控制器（DMA2 仅存在大容量产品中），STM32F103RCT6 有两个 DMA 控制器， DMA1 和 DMA2，DMA1 有 7 个通道。DMA2 有 5 个通道。

接收通道（设置为循环接收）在这里插入图片描述

发送通道（设置为普通模式）
在这里插入图片描述

DMA Request：

USART1_TX：表示在发送数据的时候使用 DMA通道。

USART1_RX：表示在接收数据的时候使用 DMA通道。

Mode：

Normal 模式：表示 CPU 发起 DMA 传输请求，就把数据通过DMA通道传输出去，传输完成之后会触发中断；

Circular模式，表示会循环把数据传输出去，传输完成之后从头再来。

Increment Address：这里在内存上勾选，没勾选外设，因为外设（这里是串口）地址是固定的，只需要把数据的起始地址传输过去，地址不断累加就可以了。

勾选中断（DMA中断优先级设置的比串口中断要低，不过其实不低也能运行）。
在这里插入图片描述

5.2. 生成代码

在这里插入图片描述

5.3. 编写代码

/* USER CODE BEGIN PV */
char buf[13] = "running... \r\n";
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
    
    
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
	
	  // 开启DMA接收数据通道，将串口数据存到buf数组。
	  // 这里设置的循环模式，会不断接收串口数据到内存。
	  HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t *)buf, 13);
	
	// 串口其他 DMA 相关函数
//	HAL_UART_DMAResume(&huart1); 恢复串口DMA
//	HAL_UART_DMAPause(&huart1) 暂停串口DMA
//	HAL_UART_DMAStop(&huart1); 结束串口DMA

  while (1)
  {
    
    
	  // 开启DMA发送传输通道
	  // 这里设置的普通模式，发送一次就关闭了。延迟一段时间后，重新打开发送。
	  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)buf, 13);
	  HAL_Delay(1000);

    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

这里有个bug。

MX_DMA_Init();

MX_USART1_UART_Init();

这两个初始化，必须DMA在前，USART在后，否则编译通过，但是运行会卡死。
如果一开始就设置了DMA和串口，一般没啥问题。但是如果一开始只设置了串口，生成代码后，又加了DMA，就容易出现 DMA在后面的情况。
另外：可以通过设置，来设置先后顺序。

5.4. 效果验证

编译、烧录、查看结果。

效果：使用串口调试助手
在这里插入图片描述

初始化后，串口助手每隔一秒收到字符串 running…
使用串口助手向开发板发送任意字符（比如 1234567890ab），该字符会被存储到buf数组中，之后串口助手会不断收到发送的任意字符串（如果发送的长度不足13个字符，则只会替换前几个字符，后面几个还是原来的）。

6. 串口重定向

为了方便发送数据，我们使用printf函数发送数据，但是使用此函数需要先进行配置。

6.1. 配置原理

printf函数定义在 <stdio.h>头文件中，printf 函数根据 format 字符串给出的格式打印输出到 std::out（标准输出）中。
在这里插入图片描述

printf 函数会调用更底层的 I/O 函数：fputc去逐个字符打印。fputc 也定义于头文件 <stdio.h>中。

因此，我们如果想用 printf 打印数据到串口，只需要重新定义fputc函数，在fputc的函数中将数据通过串口发送，称之为：fputc重定向或者printf重定向。

6.2. 实现

配置还是上面三种的配置，随便啦。

6.2.1. 使用MicroLIB库

MicroLib是对标准C库进行了高度优化之后的库，供MDK默认使用，相比之下，MicroLIB的代码更少，资源占用更少。

步骤一：在MDK中使用MicroLib重定向printf
在这里插入图片描述
步骤二：在生成的usart.c中添加重定向代码。这里放到最后

/* USER CODE BEGIN 1 */
/**********************printf重定向****************************/
// 需要调用stdio.h文件
#include <stdio.h>
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    
      
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
	return ch;
}
/* USER CODE END 1 */

main.c

  while (1)
  {
    
    
      printf("Hello, %s \r\n", "world");		// 字符串
      printf("Test int: i = %d \r\n", 100);		// 整数
      printf("Test float: i = %f \r\n", 1.234);	// 浮点数
      printf("Test hex: i = 0x%2x \r\n",100);	// 16进制
	  printf("中文测试 \r\n");					// 中文
	  HAL_Delay(2000);
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

效果验证
编译、烧录、查看结果。

效果：使用串口调试助手
在这里插入图片描述
每隔两秒，发送数据。

6.2.2. 不使用MicroLIB库

不用勾选 Use MicroLIB，直接在 usart.c 文件中添加以下代码。
在这里插入图片描述

// 需要调用stdio.h文件
#include <stdio.h>
//取消ARM的半主机工作模式
#pragma import(__use_no_semihosting)//标准库需要的支持函数                 
struct __FILE 
{
    
     
	int handle; 
}; 
FILE __stdout;       
void _sys_exit(int x) //定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
{
    
     
	x = x;
} 

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    
      
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
	return ch;
}

main.c

  while (1)
  {
    
    
      printf("Hello, %s \r\n", "world");		// 字符串
      printf("Test int: i = %d \r\n", 100);		// 整数
      printf("Test float: i = %f \r\n", 1.234);	// 浮点数
      printf("Test hex: i = 0x%2x \r\n",100);	// 16进制
	  printf("中文测试 \r\n");					// 中文
	  HAL_Delay(2000);
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

效果验证
和上面的一样。
每隔两秒，发送数据。
PS：在其他文件中使用printf会有警告 unction “printf” declared implicitly 出现，不影响使用。如果不想看到警告，可以在调用的文件中添加#include <stdio.h>头文件即可。

7. 进阶——接收不定长数据

7.1. 串口中断函数、回调函数的补充明⭐⭐⭐

串口中断函数
每接收到一个字节，就会进入一次串口中断函数。如果一个数据帧发送了多个字节，就会连续进入多次中断处理函数。

比如：通过串口助手给单片机发送"0123456789"（不要勾选发送新行），则单片机会连续进入10次void USART1_IRQHandler(void)中断处理函数。

接收完成回调函数
每接收完成一次，会执行一次接收完成回调函数。

前面中断章节中，说了接收完毕后会执行接收完成回调函数void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)，但是没有具体说明，什么时候才算接收完成。

可以看下面这行代码，显然，这里是想接收10个字节，并把它放到rec_buf数组中。那么，接收够10个字节，就表示接收完成了。

// 开启串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 10);

那如果，我只发送5个字节呢？那就只会进入5次中断，不会执行接收完成回调函数，当再次发送5个字节的时候，就会在执行第5次中断的时候，执行接收完成回调函数。
再如果，发送8个字符呢？那就只会进入8次中断，不会执行接收完成回调函数，当再次发送8个字节的时候，会在执行2次中断并执行回调函数，然后再次执行一次中断函数就卡死了…

示例
串口配置和中断章节的配置一样：打开串口，勾选中断即可。
main.c

char rec_buf[10] = {
    
    0};
volatile uint8_t num = 0;	 	 // 记录进入中断的次数
volatile uint8_t numback = 0;	 // 记录进入回调的次数

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    
    
	// 判断是不是串口1 中断
	if(huart->Instance == USART1)
	{
    
    
		printf("已经进入了 %d 次中断函数了 \r\n", num);
		printf("第 %d 次进入回调 \r\n", ++numback);
		// 重新开启接收
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 10);
	}
}

int main(void)
{
    
    
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

	// 开启串口接收中断	
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 10);
  while (1)
  {
    
    
		printf("已经进入了 %d 次中断函数了 \r\n", num);
		HAL_Delay(1000);
  }
}

stm32f1xx_it.c

extern volatile uint8_t num;

void USART1_IRQHandler(void)
{
    
    
	num++; // 记录进入中断的次数
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}

发送“1234567890”10个字符（10个字节），可以看到，会进入10次中断，在最后一次中断时，刚好接收够10个字节，也就执行了回调函数。
在这里插入图片描述
而当发送“12345”5个字符（5个字节）时，进入了5次中断，但是并没有接收完成，如果再次发送5个字符，则再进入5次中断，再第5次中断时接收完成，执行了回调函数。

而如果发送“12345678”8个字符（8个字节）时，进入了8次中断，但是并没有接收完成，如果再次发送8个字符，第二次中断会执行回调函数，并再次进入中断，之后再点发送就没用了。。。
在这里插入图片描述
总之，前面的三种方案，只能处理数据长度比较固定的数据。

7.1. DMA+空闲中断

先说要一下串口的中断。主要说两个串口接收中断、串口空闲中断。

串口接收中断（UART_IT_RXNE）：一帧数据是表示一个或多个字节组成的有含义的字符串，比如前面案例中发送的一个字符串。在一帧数据发送过程中，每接收到一个字节，就会进入一次到串口中断函数。如果满足接收完成的条件，在中断函数中还会执行了发送完成的回调函数。
串口空闲中断（UART_IT_IDLE）：上面发送一个字符串（一帧数据）可能包含多个字节，会不断进入接收中断函数，因此发送两个字节之间的时间很短，串口不能认为是空闲的。但是整个字符串（一帧数据）发送完成之后，串口在可以发送一个字节的时间内没有再次发送数据，此时，就会发生空闲中断。

总结：

	接收中断	空闲中断
处理函数	USARTx_IRQHandler()	USARTx_IRQHandler()
回调函数	HAL_UART_RxCpltCallback()	HAL库没有提供
USART状态寄存器中的位	UART_IT_RXNE	UART_IT_IDLE
触发条件	接受到一个字节数据触发一次	接受完一帧数据又过了一个字节时间没有接收到数据

在上面的程序中，当DMA串口接收开始后，DMA通道会不断的将发送来的数据转移到内存，也就是说接收程序一直在运行，那该如何判断串口接收是否完成从而及时关闭DMA通道？如何知道接收到数据的长度，以便于接收不定长的呢？答案便是使用串口空闲中断。

解决办法

串口收到数据，DMA不断传输数据到内存。
一帧数据发送完毕，串口暂时空闲，触发串口空闲中断。
在中断服务函数中，根据空闲中断的标志位判断是否发生空闲中断，可以计算刚才收到了多少个字节的数据。
存储接收到的数据，清除标志位，开始下一帧接收。

代码（配置就是DMA模式的配置）
main.c

/* USER CODE BEGIN PV */
// 自己定义两个变量
uint8_t rx_buffer[100];   			// 接收数据的数组
volatile uint8_t rx_len = 0; 		// 接收数据的长度
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
    
    
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
	  //开启空闲中断
	  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
	  // 开启DMA接收数据通道，将串口数据存到buf数组。
	  HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t *)rx_buffer, 100);
  while (1)
  {
    
    
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

stm32f1xx_it.c

/* USER CODE BEGIN PV */

// 定义在main.c中，在此处声明
extern uint8_t rx_buffer[100];   			// 接收数据的数组
extern volatile uint8_t rx_len; 			// 接收数据的长度

/* USER CODE END PV */

/**
  * @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 */

	// 获取IDLE状态
	uint8_t tmp_flag = __HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE); 
	if((tmp_flag != RESET))	// 判断接收是否结束
	{
    
     
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);	// 清除空闲中断标志
		
		HAL_UART_DMAStop(&huart1); 			// 停止DMA通道
		// 查询DMA剩余传输数据个数
		uint8_t temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
		//	最大接收长度 - 剩余长度 = 已发送长度	
		rx_len = 100 - temp;
		/* === 在下面写自己的处理逻辑（注意这里是中断，尽量简短） === */ 
		
		// 发送接收到的数据
		HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rx_buffer, rx_len);
		
		/* === 在上面写自己的处理逻辑（注意这里是中断，尽量简短） === */ 
		// 重新开启DMA
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,100);
	}

  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

效果验证
不管给开发板发送多长的数据，都会重新发送回来。
在这里插入图片描述

7.2. 中断+环形缓冲区

代码有点长，代码链接在主页，代码有详细注释和使用说明。

STM32CubeMX系列04——串口(查询、中断、DMA、不定长接收、重定向)

文章目录

1. 所用硬件

2. 生成工程

2.1. 创建工程选择主控

2.2. 系统配置

2.3. 配置工程目录

2.4. 配置用到的外设

3. 查询模式

3.1. 配置串口

3.2. 生成代码

3.3. 编写代码

3.4. 效果验证

4. 中断模式

4.1. 配置串口

4.2. 生成代码

4.3. 运行原理及代码分析

4.4. 效果验证

5. DMA模式

5.1. 配置串口

5.2. 生成代码

5.3. 编写代码

5.4. 效果验证

6. 串口重定向

6.1. 配置原理

6.2. 实现

6.2.1. 使用MicroLIB库

6.2.2. 不使用MicroLIB库

7. 进阶——接收不定长数据

7.1. 串口中断函数、回调函数的补充明⭐⭐⭐

7.1. DMA+空闲中断

7.2. 中断+环形缓冲区

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