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使用最新Hal库实现USART中断收发功能（STM32F4xx）

作者：2023面试高手 | 2024-03-06 17:27:09

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使用最新Hal库实现USART中断收发功能（STM32F4xx）

目录

概述

1 认识STM32F4XX的USART

1.1 USART 功能说明

1.2 USART的中断

1.3 USART 模式配置

1.4 USART的寄存器

2 使用STM32CubeMX 生成工程

2.1 配置参数

2.2 生成工程代码

3 实现软件功能

3.1 软件功能介绍

3.2 认识USART Hal库

3.2.1 初始化函数组

3.2.2 发送/接收函数组

3.2.3 中断和callback函数组

4 实现串口发送和接收功能接口

4.1 发送函数

4.2 接收函数

4.3 实现printf打印功能

4.4 完整程序

5 测试

5.1 测试代码功能介绍

5.2 测试代码实现

5.3 测试发送和接收功能

5.3.1 测试发送功能

5.3.2 测试接收数据功能

源代码下载地址：stm32f4xxx-USART串口中断收发例程资源-CSDN文库

HAL 库版本：  STM32Cube_FW_F4_V1.27.1 

概述

本文主要介绍STM32F4XX 通用同步异步收发器 (USART) 的相关知识，详细介绍了USART的特征，寄存器组。还介绍如何使用STM32CubeMX配置USART的相关的参数，并生成项目文件。还使用Hal库函数实现USART1的发送和接收功能，其中接收功能使用中断来实现的。

1 认识STM32F4XX的USART

通用同步异步收发器 (USART) 能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换，满足外部设备对工业标准 NRZ 异步串行数据格式的要求。 USART 通过小数波特率发生器提供了多种波特率。它支持同步单向通信和半双工单线通信；还支持 LIN（ 局域互连网络）、智能卡协议与 IrDA（红外线数据协会） SIR ENDEC 规范，以及调制解调器操作 (CTS/RTS)。而且，它还支持多处理器通信。通过配置多个缓冲区使用 DMA 可实现高速数据通信。

1.1 USART 功能说明

接口通过三个引脚从外部连接到其它设备。任何 USART 双向通信均需要至少两个引脚：接收数据输入引脚 (RX) 和发送数据引脚输出 (TX)：

RX：接收数据输入引脚就是串行数据输入引脚。过采样技术可区分有效输入数据和噪声，从而用于恢复数据。

TX： 发送数据输出引脚。如果关闭发送器，该输出引脚模式由其 I/O 端口配置决定。如果使能了发送器但没有待发送的数据，则 TX 引脚处于高电平。在单线和智能卡模式下，该 I/O用于发送和接收数据（ USART 电平下，随后在 SW_RX 上接收数据）。

正常 USART 模式下，通过这些引脚以帧的形式发送和接收串行数据：

● 发送或接收前保持空闲线路

● 起始位

● 数据（字长 8 位或 9 位），最低有效位在前

● 用于指示帧传输已完成的 0.5 个、 1 个、 1.5 个、 2 个停止位

● 该接口使用小数波特率发生器 - 带 12 位尾数和 4 位小数

● 状态寄存器 (USART_SR)

● 数据寄存器 (USART_DR)

● 波特率寄存器 (USART_BRR) - 12 位尾数和 4 位小数。

● 智能卡模式下的保护时间寄存器 (USART_GTPR)

1.2 USART的中断

发送期间：发送完成、清除以发送或发送数据寄存器为空中断。 接收期间：空闲线路检测、上溢错误、接收数据寄存器不为空、奇偶校验错误、 LIN 断路检测、噪声标志（仅限多缓冲区通信）和帧错误（仅限多缓冲区通信）。

1.3 USART 模式配置

1.4 USART的寄存器

这是一张非常完美的图，介绍整个USART的工作原理，以及各个寄存器的功能。了解这张图，就会对STM32的USART模块有一个很深刻的认识。

和USART相关的寄存器的列表，具体每个寄存器表示什么意思，参考文档： STM32F40xxx、STM32F41xxx、STM32F42xxx、STM32F43xxx参考手册（中文）.pdf

2 使用STM32CubeMX 生成工程

2.1 配置参数

1）选择串口工作模式

2）Parameter Settings

3）NVIC Settings

2.2 生成工程代码

选择合适的IDE和Hal库，然后点击GENERATE CODE，生成项目文件。打开工程可以看见，和硬件相关的代码STM32CubeMX 已经生成，且这些函数已经在main()函数中初始化，所以user只需编写和应用相关的代码。

3 实现软件功能

3.1 软件功能介绍

1）实现串口发送字符串功能

2）实现中断接收字符串功能

3.2 认识USART Hal库

3.2.1 初始化函数组

这部分函数会在STM32CubeMX自动生成代码时，自动调用。

3.2.2 发送/接收函数组

3.2.3 中断和callback函数组

4 实现串口发送和接收功能接口

本程序使用UART0来实现串口的发送和接收功能。

4.1 发送函数

参数介绍：

1）huart: 串口配置参数指针

2）databuff： 发送数据的存储buff

3) datalen ： 发送数据的字节长度

串口配置参数指针位置：

4.2 接收函数

这部分函数在stm32f4_drv_uart.c文件中实现

接收参数采用中断方式实现，Hal库的中断程序实现和很早以前ST提供的drviver的实现方式有很大的不同，先看代码：

使用Hal库实现接收数据功能，有如下3个步骤：

step-1: 代码18~19行， 定义接收数据buff，具体数据长度，可根据实现项目特性确定

step-2: 代码21~24行，调用HAL_UART_Receive_IT，实现数据接收，这个函数必须被连续执行，才能使中断程序不间断接收数据。

step-3: 代码26~32行，重新HAL_UART_RxCpltCallback函数，该函数在收到step-1传入的接收数据长度个数据之后，会进入该函数。其作用是，实现数据处理逻辑。

4.3 实现printf打印功能

在函数中添加如下代码：

代码介绍

222-行： 使用USART1接口，传递一个数据，超时时间为1000ms

注意：

使用printf功能时，必须在头文件中包含：stdio.h

#include <stdio.h>

4.4 完整程序

  1. /* USER CODE BEGIN Header */
  2. /**
  3.  ******************************************************************************
  4.  * File Name          : stm32f4_drv_uart.c
  5.  * Description        : Code for board uart driver
  6.  ******************************************************************************
  7.  * @attention
  8.  *
  9.  * Copyright (c) mingfei.tang
  10.  * All rights reserved.
  11.  *
  12.  ******************************************************************************
  13.  */
  14. /* USER CODE END Header */
  15. #include "can.h"
  16. #include "stm32f4_drv_uart.h"
  17. ​
  18. static uint8 recevBuff[10];
  19. static const  uint8 RECEV_LEN = sizeof(recevBuff);
  20. ​
  21. void UART_Drv_Receive( UART_HandleTypeDef *huart)
  22. {
  23.    HAL_UART_Receive_IT( huart,  recevBuff, RECEV_LEN);
  24. }
  25. ​
  26. void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
  27. {
  28.     if( huart->Instance == USART1)
  29.     {
  30.         printf(" %s ", recevBuff);
  31.     }
  32. }
  33. ​
  34. void UART_Drv_SendString(UART_HandleTypeDef *huart, uint8 *databuff, uint8 datalen)
  35. {
  36.     HAL_UART_Transmit( huart, databuff , datalen, 1000 );
  37. }

5 测试

5.1 测试代码功能介绍

1）使用UART_Drv_SendString发送字符串

2）使用printf发送字符串

3）使用中断函数接收程序

5.2 测试代码实现

源代码

  1. int main(void)
  2. {
  3.   /* USER CODE BEGIN 1 */
  4.  
  5.   /* USER CODE END 1 */
  6.  
  7.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
  8.  
  9.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  10.   HAL_Init();
  11.  
  12.   /* USER CODE BEGIN Init */
  13.  
  14.   /* USER CODE END Init */
  15.  
  16.   /* Configure the system clock */
  17.   SystemClock_Config();
  18.  
  19.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
  20.  
  21.   /* USER CODE END SysInit */
  22.  
  23.   /* Initialize all configured peripherals */
  24.   MX_GPIO_Init();
  25.   MX_USART1_UART_Init();
  26.   /* USER CODE BEGIN 2 */
  27.  
  28.   // UART RECEIVE 
  29.   UART_Drv_SendString(&huart1, "this is a test!\r\n", sizeof("this is a test!\r\n"));
  30.   printf("CAN bus test example: \r\n " );   //使用printf打印log 
  31.   /* USER CODE END 2 */
  32.  
  33.   /* Infinite loop */
  34.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
  35.   while (1)
  36.   {
  37.      
  38.      UART_Drv_Receive( &huart1 );    //触发接收中断函数
  39.     /* USER CODE END WHILE */
  40.  
  41.     /* USER CODE BEGIN 3 */
  42.   }
  43.   /* USER CODE END 3 */
  44. }

5.3 测试发送和接收功能

5.3.1 测试发送功能

下载程序到板卡，将USART1对应的串口端和PC之间，使用串口线连接起来，打开串口工具，重新上电或者复位板卡可以看见:

5.3.2 测试接收数据功能

在接收函数中，定义的接收数据缓冲buff的长度为10，所以，当中断程序接收到10个数据之后，就会调用HAL_UART_RxCpltCallback函数.

在HAL_UART_RxCpltCallback函数中，会将接收到的数据通过printf打印到终端：

运行程序后，使用串口调试助手发送数据：

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