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【6】STM32·HAL库·串口_stm 32hal库串口接收后发送

作者：我家自动化 | 2024-07-20 04:19:19

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stm 32hal库串口接收后发送

2.2、RS-232电平与COMS/TTL电平对比

2.3、设备间的RS-232通信示意图

2.4、STM32串口与电脑USB口通信示意图

3.3、STM32F1/F4/F7的USART框图

7.2、STM32F4/F7/H7的IO引脚复用

八、编程实战

串口实验

一、数据通信的基础概念

1.1、串行/并行通信

按数据通信方式分类：串行通信、并行通信

串行通信

并行通信

1.2、单工/半双工/全双工通信

按数据传输方向分类：单工通信、半双工通信、全双工通信

单工通信半双工通信全双工通信

单工通信：数据只能沿一个方向传输

半双工通信：数据可以沿两个方向传输，但需要分时进行

全双工通信：数据可以同时进行双向传输

1.3、同步/异步通信

按数据同步方式分类：同步通信、异步通信

同步通信：共用同一时钟信号

异步通信：没有时钟信号，通过在数据信号中加入起始位和停止位等一些同步信号

1.4、波特率

1、比特率：每秒钟传送的比特数，单位 bit/s

2、波特率：每秒钟传送的码元数，单位 Baud

3、比特率 = 波特率 * log2 M，M 表示每个码元承载的信息量

二进制系统中，码元承载的信息量为二，波特率数值上等于比特率

1.5、常见的串行通信接口

二、串口（RS-232）

2.1、什么是串口

串行通信接口：指按位发送和接收的接口。如：RS-232/422/485 等

RS-232接口(DB9)

数据：

TXD（pin 3）：串口数据输出

RXD（pin 2）：串口数据输入

握手：

RTS（pin 7）：请求发送

CTS（pin 8）：清除发送

DSR（pin 6）：数据发送就绪

DCD（pin 1）：数据载波检测

DTR（pin 4）：数据终端就绪

地线：

GND（pin 5）：信号地

其他：

RI（pin 9）：振铃指示

2.2、RS-232电平与COMS/TTL电平对比

	逻辑1	逻辑0
RS-232电平	-15V ~ -3V	+3V ~ +15V
COMS电平（3.3V）	3.3V	0V
TTL电平（5V）	5V	0V

结论：COMS/TTL 电平不能与 RS-232 电平直接交换信息

2.3、设备间的RS-232通信示意图

特别注意：两个设备之间的 TXD 和 RXD，必须交差连接，方可正常通信

2.4、STM32串口与电脑USB口通信示意图

特别注意：两个设备之间的 TXD 和 RXD，必须交差连接，方可正常通信

2.5、RS-232异步通信协议

启动位：必须占 1 个位长，保持逻辑 0 电平

有效数据位：可选 5、6、7、8、9 个位长，LSB（最低有效位）在前，MSB（最高有效位）在后

校验位：可选占 1 个位长，也可以没有该位

停止位：必须有，可选占 0.5、1、1.5、2 个位长，保持逻辑 1 电平

三、STM32的USART

3.1、STM32的USART简介

USART（Universal synchronous asynchronous receiver transmitter），通用同步异步收发器

UART（Universal asynchronous receiver transmitter），通用异步收发器

USART/UART 都可以与外部设备进行全双工异步通信

USART，我们常用的也是异步通信

3.2、STM32的USART主要特性

1，全双工异步通信

2，单线半双工通信

3，单独的发送器和接收器使能位

4，可配置使用 DMA 的多缓冲器通信

5，多个带标志的中断源

3.3、STM32F1/F4/F7的USART框图

STM32F407xx 数据手册 USART 框图

USART 框图简化版

3.4、设置USART波特率（F4）

波特率计算公式： $band=\frac{f_{CK}}{8*\left ( 2 - OVER8 \right )*USARTDIV}$ ，其中 $f_{CK}$ 是串口的时钟

对于 F4，我们把 USART_CR1 寄存器的位 15 设置为 0，即使用 16 倍过采样

3.5、USART寄存器介绍

1、控制寄存器1（CR1）

该寄存器需要完成的配置

位13：使能USART

位12：配置8个数据位

位10：禁止检验控制

位5：使能接收缓冲区非空中断

位3：使能发送

位2：使能接收

2、控制寄存器2（CR2）

该寄存器需要完成的配置

位13:12：配置1个停止位

3、控制寄存器3（CR3）

该寄存器需要完成的配置

位3：配置不选择半双工模式

4、数据寄存器（DR）

设置好控制和波特率寄存器后，往该寄存器写入数据即可发送，接收数据则读该寄存器

5、状态寄存器（SR）

根据 TC 位可以知道能否发数据，根据 RXNE 位知道是否收到数据

四、HAL库外设初始化MSP回调机制

以 USART 为例

五、HAL库中断回调机制

以 USART 为例

六、USART/UART异步通信配置步骤

6.1、配置串口工作参数

HAL库驱动函数：HAL_UART_Init()


/**
  * @brief  Initializes the UART mode according to the specified parameters in
  *         the UART_InitTypeDef and create the associated handle.
  * @param  huart  Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified UART module.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart);

关键结构体


typedef struct 
{    uint32_t BaudRate; 		/* 波特率 */ 
     uint32_t WordLength; 	    /* 字长 */
     uint32_t StopBits; 		/* 停止位 */ 
     uint32_t Parity; 			/* 奇偶校验位 */ 
     uint32_t Mode; 			/* UART 模式 */ 
     uint32_t HwFlowCtl; 		/* 硬件流设置 */ 
     uint32_t OverSampling; 	/* 过采样设置 */ 
}UART_InitTypeDef

6.2、串口底层初始化

HAL库驱动函数：HAL_UART_MspInit()


/**
  * @brief  UART MSP Init.
  * @param  huart  Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified UART module.
  * @retval None
  */
__weak void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);

用于配置 GPIO、NVIC、CLOCK 等

6.3、开启串口异步接收中断

HAL库驱动函数：HAL_UART_Receive_IT()


/**
  * @brief  Receives an amount of data in non blocking mode.
  * @note   When UART parity is not enabled (PCE = 0), and Word Length is configured to 9 bits (M1-M0 = 01),
  *         the received data is handled as a set of u16. In this case, Size must indicate the number
  *         of u16 available through pData.
  * @param  huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *               the configuration information for the specified UART module.
  * @param  pData Pointer to data buffer (u8 or u16 data elements).
  * @param  Size  Amount of data elements (u8 or u16) to be received.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

作用：以中断的方式接收指定字节的数据

形参 1：是 UART_HandleTypeDef 结构体类型指针变量

形参 2：是指向接收数据缓冲区

形参 3：是要接收的数据大小，以字节为单位

6.4、设置优先级、使能中断

HAL库驱动函数：设置优先级 HAL_NVIC_SetPriority()、使能中断 HAL_NVIC_EnableIRQ()

HAL_NVIC_SetPriority()


/**
  * @brief  Sets the priority of an interrupt.
  * @param  IRQn External interrupt number.
  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration
  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f4xxxx.h))
  * @param  PreemptPriority The preemption priority for the IRQn channel.
  *         This parameter can be a value between 0 and 15
  *         A lower priority value indicates a higher priority 
  * @param  SubPriority the subpriority level for the IRQ channel.
  *         This parameter can be a value between 0 and 15
  *         A lower priority value indicates a higher priority.          
  * @retval None
  */
void HAL_NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority);

HAL_NVIC_EnableIRQ()


/**
  * @brief  Enables a device specific interrupt in the NVIC interrupt controller.
  * @note   To configure interrupts priority correctly, the NVIC_PriorityGroupConfig()
  *         function should be called before. 
  * @param  IRQn External interrupt number.
  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration
  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f4xxxx.h))
  * @retval None
  */
void HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn);

这两个函数在【5】STM32·HAL库·中断中有详细讲解

6.5、编写中断服务函数

编写 USARTx_IRQHandler() 或 UARTx_IRQHandler() 函数处理接收到的数据

在中断向量表中有定义


                DCD     USART1_IRQHandler                 ; USART1                                          
                DCD     USART2_IRQHandler                 ; USART2                                          
                DCD     USART3_IRQHandler                 ; USART3                               
                DCD     UART4_IRQHandler                  ; UART4                                           
                DCD     UART5_IRQHandler                  ; UART5                              
                DCD     USART6_IRQHandler                 ; USART6

6.6、串口数据发送

HAL库驱动函数：HAL_UART_Transmit()


/**
  * @brief  Sends an amount of data in blocking mode.
  * @note   When UART parity is not enabled (PCE = 0), and Word Length is configured to 9 bits (M1-M0 = 01),
  *         the sent data is handled as a set of u16. In this case, Size must indicate the number
  *         of u16 provided through pData.
  * @param  huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *               the configuration information for the specified UART module.
  * @param  pData Pointer to data buffer (u8 or u16 data elements).
  * @param  Size  Amount of data elements (u8 or u16) to be sent
  * @param  Timeout Timeout duration
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

作用：以阻塞的方式发送指定字节的数据

形参 1 ：UART_HandleTypeDef 结构体类型指针变量

形参 2：指向要发送的数据地址

形参 3：要发送的数据大小，以字节为单位

形参 4：设置的超时时间，以ms单位

七、IO引脚复用功能

7.1、通用与复用

通用：IO 端口的输入或输出是由 GPIO 外设控制

复用：IO 端口的输入或输出是由其它非 GPIO 外设控制

7.2、STM32F4/F7/H7的IO引脚复用

为了解决 F1 系列存在的 IO 复用功能冲突问题，F4 往后的系列都加入了复用器

复用器特点

1、每个 IO 引脚都有一个复用器

2、复用器采用 16 路复用功能输入（AF0 到 AF15）

3、复用器一次仅允许一个外设的复用功能 (AF) 连接到 IO 引脚

4、通过GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH寄存器进行配置

温馨提示：复位完成后，所有 IO 都会连接到系统的复用功能 0 (AF0)

IO 引脚复用映射示意图

GPIO 复用功能低位寄存器（AFRL）

GPIO 复用功能高位寄存器（AFRH）

八、编程实战

串口实验

main.c


#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
 
int main(void)
{
    uint8_t len;
    uint16_t times = 0;
    
    HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);     /* 设置时钟,168Mhz */
    delay_init(168);                        /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                     /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                             /* 初始化LED */
 
    while(1)
    {
       if (g_usart_rx_sta & 0x8000)         /* 接收到了数据? */
        {
            len = g_usart_rx_sta & 0x3fff;  /* 得到此次接收到的数据长度 */
            printf("\r\n您发送的消息为:\r\n");
 
            HAL_UART_Transmit(&g_uart1_handle,(uint8_t*)g_usart_rx_buf,len,1000);    /* 发送接收到的数据 */
            while(__HAL_UART_GET_FLAG(&g_uart1_handle,UART_FLAG_TC)!=SET);           /* 等待发送结束 */
            printf("\r\n\r\n");             /* 插入换行 */
            g_usart_rx_sta = 0;
        }
        else
        {
            times++;
 
            if (times % 5000 == 0)
            {
                printf("\r\n正点原子 STM32开发板 串口实验\r\n");
                printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n\r\n");
            }
 
            if (times % 200 == 0) printf("请输入数据,以回车键结束\r\n");
 
            if (times % 30  == 0) LED0_TOGGLE(); /* 闪烁LED,提示系统正在运行. */
 
            delay_ms(10);
        }
    }
}

usart 文件使用【1】STM32·HAL库·新建工程模板【一步到位】中导入的即可

如果是使用 VScode 出现串口输出以下乱码，需要修改编码方式为 GB2312 重新保存

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