【STM32串口通信】-Toy模板网

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学习计划

每天更新STM32学习笔记

一、串口通信知识点

串口通信的数据按位顺序传输，其数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口，故串口通信至少需要两根线(GND和一根信号线)来实现单工通信。若要实现全双工通信，则要三根线(GND和两根信号线)。
串口通信的数据包由起始位、数据位(5~8位)、校验位(奇\偶\无校验位)以及停止位组成，通信双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。
串口通信速率：波特率，单位Bits/s。
UART只用于异步通信；USART用于同步/异步通信。若为同步通信，则要加一根时钟线。

嵌入式中的通讯协议——UART、I2C、SPI、DMA

二、硬件部分

1.所需硬件

STM32F407ZGT6相关开发板、USB转TTL、STLINK下载器

2.部分硬件连接

USB转TTL-----------STM32
RXD-------------------PA9
TXD-------------------PA10

STLINK--------------STM32
SWCLK--------------PA14
SWDIO--------------PA13

三、阻塞式

0、串口阻塞式发送和接收概念

串口阻塞发送：发送一段数据，在没有发送完所有数据之前，一直停留在此发送函数（可设定阻塞时间），这个过程中会阻塞别的程序运行；

1、STM32CUBEMX配置

在STM32CUBEMX中配置时钟树、选择系统调试方式后，STM32CUBEMX入门
配置串口参数:异步，115200，8，NONE，1。
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2、编写阻塞式串口发送与接收代码

生成代码后，在main.c文件-while死循环前添加代码：

//阻塞式发送
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"HELLO", 5, 20);
//写在while死循环前只发送一次HELLO

在main.c文件-while死循环中添加代码：

//阻塞式接收
uint8_t rev[5];
HAL_UART_Receive(&huart1 ,rev, 3, 0xFFFF);//接收：串口1句柄、接收区首地址、接收的字节数、超时时间ms	
HAL_UART_Transmit(&huart1, rev, 3, 0xFFFF);//接收到的数据，发送回去，验证是否发送成功

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3、学习小技巧

编写阻塞式串口发送代码在学习的过程中可以通过左侧Functions栏，找到所需函数。
如需要串口发送函数：
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4、程序编译与下载

编译成功后，连接好STLINK下载器，点击下载。
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5、程序验证

连接USB转TTL模块，打开XCOM软件。
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程序验证成功！

6、重定向printf和scanf

为了简写，需要重定向printf和scanf。但是printf()这个函数是格式化输出到屏幕的，scanf()函数又是格式化输入（从屏幕），并不能输出到串口助手中，所以需要进行重定向。

6.1、首先我们需要在keil集成开发环境中勾选STM32官方的微库(MicroLib是针对以C语言编写的基于ARM嵌入式应用程序的高度优化的库)。
6.2、引用标准库的头文件

#include <stdio.h>//引用标准库的头文件，重定义printf，scanf

6.3、添加重定向代码

//因为printf内部就是调用fputc进行单个字符输出，
//所以重定向printf就将单个字符以串口的形式发送出去。
int fputc(int c,FILE *f)//重定向printf
{
   uint8_t ch[1]={c};
   HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
   return c;
}
int fgetc(FILE *stream)//重定向scanf
{
   uint8_t ch[1];
   HAL_UART_Receive(&huart1, ch, 1, 0xFFFF);
   return ch[0];
}

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6.4、使用printf和scanf函数实现阻塞式串口发送与接收

printf("ABC%d",123);//写在while死循环前,只发送一次ABC123

int i=0;
scanf("%d",&i);//用scanf接收数据，scanf通过回车判断结束的，所以接收的字节数要+2 \r\n 
printf("%d\r\n",i);//接收到的数据，用printf发送回去，验证是否发送成功

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6.5、程序验证

三、中断式

0、串口中断式发送和接收概念

串口中断发送：送数据的过程在中断中进行，这个中断实际上是发送数据寄存器空的中断。

1、STM32CUBEMX配置更新

在阻塞式STM32CUBEMX配置上进行更新，再重新生成代码，自己写的阻塞式代码删除，学习中断式：
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2、编写中断式串口发送与接收代码

    //main函数中，在while循环前
  	
	//中断式发送
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)"HELLO", 5);//调用次函数，每发完一个字节就会进入一次中断，	在中断中，HAL库会自动触发下一个中断，直到发送完数据

	//中断式接收
  //uint8_t rev[5];//不能定义局部变量，要定义全局变量，因有可能在接收到数据时，改局部变量已经被销毁了。
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1 ,rev, 3);//当接收完数据时，会直接进入接收回调函数，要在接收回调函数中写发送代码，实现与阻塞式一样的效果

//接收回调函数，写在main.c文件中
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, rev, 3);//接收到的数据，发送回去，验证是否发送成功
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1 ,rev, 3);//开启下一次接收中断
}

uint8_t rev[5];//全局变量

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3、程序验证

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四、DMA

0、DMA概念

DMA传输是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。无须CPU的干预，通过DMA数据可以快速地移动。这就节省了CPU的资源来做其他操作。

1、STM32CUBEMX配置更新

在中断式STM32CUBEMX配置上进行更新：
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USART1-DMA Setting-选择发送和接收，再重新生成代码：

2、编写DMA式不定长串口发送与接收代码

//在main.h中创建串口接收结构体
#define RX_BUF_MAX_LEN 512
typedef struct
{
	uint8_t rx_buff[RX_BUF_MAX_LEN];//缓存区
	uint16_t len;		//接收长度
}USRAT_RX;

//在stm32xxxx_it.c中定义结构体变量
/* USER CODE BEGIN PV */
USRAT_RX usart1_rx;//首先定义一个结构体变量
/* USER CODE END PV */

//在stm32xxxx_it.c中找到串口1中断服务函数，编写不定长串口收发程序
void USART1_IRQHandler(void)//串口1中断服务函数，当串口1产生任何中断都会进入此函数
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
 if(__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) != RESET)//如果空闲中断不为0 RESET，表示此时触发了空闲中断，收到一帧数据
 {
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1); //清除空闲中断		
		HAL_UART_DMAStop(&huart1);//停止串口1的DMA传输	 
		usart1_rx.len = RX_BUF_MAX_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx);	//计算接收到的数据长度：要接收到的字节数总数-剩余数=实际接收数
				
	  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,usart1_rx.rx_buff,usart1_rx.len);
	  HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,usart1_rx.rx_buff,RX_BUF_MAX_LEN);	
		
 }
  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

//在main.c中声明结构体变量
extern USRAT_RX usart1_rx;

//在main.c中添加string.h头文件，编写串口结构体初始化函数
#include <string.h>//使用memset函数，需引用此头文件

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
void Clear_Usart(USRAT_RX *usart_rx)		
//初始化(清空)串口结构体
{
	memset((uint8_t*)usart_rx,0,sizeof(USRAT_RX)); 
}
/* USER CODE END 0 */

//在main.c中while循环前
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	Clear_Usart(&usart1_rx); //初始化串口结构体
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);	//使能串口1的空闲中断，由于HAL库没有提供空闲函数的回调函数，所以要在串口中断服务函数中添加代码
  HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,usart1_rx.rx_buff,RX_BUF_MAX_LEN);	//打开DMA传输模式

  /* USER CODE END 2 */

3、程序验证

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参考文章

嵌入式中的通讯协议——UART、I2C、SPI、DMA
STM32F4_HAL库_串口阻塞/中断/DMA三种方式发送数据的配置
【STM32】 DMA原理，步骤超细详解，一文看懂DMA
STM32串口DMA模式发送接收数据并控制LED灯
【STM32F4+CubeMX零基础快速入门】串口收发全攻略文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-759119.html

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