如何在STM32CubeMX中进行串口通信的配置？

前言

串口通信可谓是所有单片机都具备的一种最基础的通信方式了，那么在本节中，我先将对单片机的通信原理进行初步讲解，再示范如何在STM32CubeMX中进行串口通信的配置。
通信接口

从通信接口上分，通信方式可分为并行通信和串行通信两种
并行通信

• 通信原理：数据各个位同时传输
  
• 优点：速度快
  
• 缺点：占用引脚资源多
  
  

串行通信

• 通信原理：数据按位顺序传输
  
• 优点：占用引脚资源少
  
• 缺点：速度相对慢
  串口通信就是一种串行通信方式，所以我们这里重点讲解串行通信
  
  

按照数据传送方向分类

• 单工： 数据传输只支持数据在一个方向上传输
  
• 半双工：允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；
  
• 全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。
  
  

串行通信的通信方式

• 同步通信：带时钟同步信号传输。
  SPI，IIC通信接口
  
• 异步通信：不带时钟同步信号。
  UART(通用异步收发器),单总线
  
  

USART和UART的区别

很多人开始学习的时候都分不清楚USART和UART有什么区别，这里我稍微解释一下
它们两个是同步和异步的区别。

• UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用异步收发器
  
• USART：universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步异步收发器
  
  

一般而言，单片机中，名称为UART的接口一般只能用于异步串行通讯，而名称为USART的接口既可以用于同步串行通讯，也能用于异步串行通讯
工程配置

这次做一个返回接收到数据的实验，非常经典的串口通信时钟配置，老样子，不多说

外设选择USART1，配置成异步通信模式


通信配置如下

• 波特率设置（Baud Rate），没有哪种波特率最好，根据实际情况进行修改，要与串口调试助手上一致
  
• 数据位数（Word Length），如果使能了奇偶校验，那么实际数据将在该位数上减一
  
• 校验（Parity），可选择奇偶校验或不校验
  
• 停止位（Stop Bits），额外一位或两位用于作为发送或接收完毕信号位
  
• 数据方向（Data Direction），可选择仅发送，仅接收或收发模式
  
• 过采样（Over Sampling），8倍或16倍采样率可以有效防止数据出错
  
  另外使能串口中断，如果对中断仍有不理解的可阅读《STM32CubeMX实战教程（三）——外部中断（中断及HAL_Delay函数避坑）》
  
  完事之后直接生成代码，进入工程。
  
  

进入代码
按照我的习惯，生成代码后都会看一下外设的初始化部分，如果说是检查一下是否出错的话倒不至于，一方面是详细看看STM32CubeMX已经帮我们完成了哪些步骤，另一方面是看看有哪些是我们一会儿可以用得上的。我觉得这其实是一个好习惯。


比如在这个工程的初始化代码中，huart1是已经初始化的串口句柄，而USART1是串口1地址，这些是需要用到的。


UART_HandleTypeDef huart1;


/* USART1 init function */


void MX_USART1_UART_Init(void)
{


  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }


}


另外，我们看到stm32f4xx_it.c 这个文件，这个文件里包含了所有中断的处理过程，在《STM32CubeMX实战教程（三）——外部中断（中断及HAL_Delay函数避坑）》中我已经教过大家怎样去寻找中断回调函数，这里再次做一个示范。
首先，找到中断服务函数，可以看到里面调用了一个HAL_UART_IRQHandler


/**
  * @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 */


  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}


追踪到函数原型，可以看到这个函数还是比较长的


void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  uint32_t isrflags   = READ_REG(huart->Instance->SR);
  uint32_t cr1its     = READ_REG(huart->Instance->CR1);
  uint32_t cr3its     = READ_REG(huart->Instance->CR3);
  uint32_t errorflags = 0x00U;
  uint32_t dmarequest = 0x00U;


  /* If no error occurs */
  errorflags = (isrflags & (uint32_t)(USART_SR_PE | USART_SR_FE | USART_SR_ORE | USART_SR_NE));
  if (errorflags == RESET)
  {
    /* UART in mode Receiver -------------------------------------------------*/
    if (((isrflags & USART_SR_RXNE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_RXNEIE) != RESET))
    {
      UART_Receive_IT(huart);
      return;
    }
  }


  /* If some errors occur */
  if ((errorflags != RESET) && (((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET) || ((cr1its & (USART_CR1_RXNEIE | USART_CR1_PEIE)) != RESET)))
  {
    /* UART parity error interrupt occurred ----------------------------------*/
    if (((isrflags & USART_SR_PE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_PEIE) != RESET))
    {
      huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_PE;
    }


    /* UART noise error interrupt occurred -----------------------------------*/
    if (((isrflags & USART_SR_NE) != RESET) && ((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET))
    {
      huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_NE;
    }


    /* UART frame error interrupt occurred -----------------------------------*/
    if (((isrflags & USART_SR_FE) != RESET) && ((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET))
    {
      huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_FE;
    }


    /* UART Over-Run interrupt occurred --------------------------------------*/
    if (((isrflags & USART_SR_ORE) != RESET) && (((cr1its & USART_CR1_RXNEIE) != RESET) || ((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET)))
    {
      huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_ORE;
    }


    /* Call UART Error Call back function if need be --------------------------*/
    if (huart->ErrorCode != HAL_UART_ERROR_NONE)
    {
      /* UART in mode Receiver -----------------------------------------------*/
      if (((isrflags & USART_SR_RXNE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_RXNEIE) != RESET))
      {
        UART_Receive_IT(huart);
      }


      /* If Overrun error occurs, or if any error occurs in DMA mode reception,
         consider error as blocking */
      dmarequest = HAL_IS_BIT_SET(huart->Instance->CR3, USART_CR3_DMAR);
      if (((huart->ErrorCode & HAL_UART_ERROR_ORE) != RESET) || dmarequest)
      {
        /* Blocking error : transfer is aborted
           Set the UART state ready to be able to start again the process,
           Disable Rx Interrupts, and disable Rx DMA request, if ongoing */
        UART_EndRxTransfer(huart);


        /* Disable the UART DMA Rx request if enabled */
        if (HAL_IS_BIT_SET(huart->Instance->CR3, USART_CR3_DMAR))
        {
          CLEAR_BIT(huart->Instance->CR3, USART_CR3_DMAR);


          /* Abort the UART DMA Rx stream */
          if (huart->hdmarx != NULL)
          {
            /* Set the UART DMA Abort callback :
               will lead to call HAL_UART_ErrorCallback() at end of DMA abort procedure */
            huart->hdmarx->XferAbortCallback = UART_DMAAbortOnError;
            if (HAL_DMA_Abort_IT(huart->hdmarx) != HAL_OK)
            {
              /* Call Directly XferAbortCallback function in case of error */
              huart->hdmarx->XferAbortCallback(huart->hdmarx);
            }
          }
          else
          {
            /* Call user error callback */
#if (USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS == 1)
            /*Call registered error callback*/
            huart->ErrorCallback(huart);
#else
            /*Call legacy weak error callback*/
            HAL_UART_ErrorCallback(huart);
#endif /* USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS */
          }
        }
        else
        {
          /* Call user error callback */
#if (USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS == 1)
          /*Call registered error callback*/
          huart->ErrorCallback(huart);
#else
          /*Call legacy weak error callback*/
          HAL_UART_ErrorCallback(huart);
#endif /* USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS */
        }
      }
      else
      {
        /* Non Blocking error : transfer could go on.
           Error is notified to user through user error callback */
#if (USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS == 1)
        /*Call registered error callback*/
        huart->ErrorCallback(huart);
#else
        /*Call legacy weak error callback*/
        HAL_UART_ErrorCallback(huart);
#endif /* USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS */


        huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
      }
    }
    return;
  } /* End if some error occurs */


  /* UART in mode Transmitter ------------------------------------------------*/
  if (((isrflags & USART_SR_TXE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TXEIE) != RESET))
  {
    UART_Transmit_IT(huart);
    return;
  }


  /* UART in mode Transmitter end --------------------------------------------*/
  if (((isrflags & USART_SR_TC) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TCIE) != RESET))
  {
    UART_EndTransmit_IT(huart);
    return;
  }
}
根据以往的经验，直接去寻找带Callback的就是回调函数，但是这里面只出现的ErrorCallback，这是报错回调，当系统出错后才会进入的回调，可用于调试，显然不是我们需要的，其实，我们直接进UART_Receive_IT就可以发现里面有一个HAL_UART_RxCpltCallback，这个就是我们要找的回调函数了。接下来我们还是回到stm32f4xx_it.c 并在最下面加入代码


Buffer是在main.c中定义的uint8_t类型全局变量
每接受的一个字节后产生中断，将该字节数据返回并重新开启中断
函数不懂如何使用的话可以参考HAL库函数开发手册
这里的数字1可以改成别的数字以一次性接受更多字节，但Buffer需要更改成更大的数组
/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance==USART1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &Buffer, 1, 0xff);
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&Buffer,1);
    }
}
/* USER CODE END 1 */


另外在main.c中，while循环前，串口初始化后，添加接收中断开启函数，这样在第一次接收到数据的时候才会触发中断，毕竟这些工作STM32CubeMX是没有帮我们完成的


  HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&Buffer,1);


printf重定向
玩过STM32的人应该都很清楚printf重定向的意思，不知道也没关系，因为其实非常简单。说白了就是把printf函数用在STM32中，而printf的输出终端是串口。那么，怎么做到这一点呢，那就需要将printf函数重定向一下。稍微解释一下呢，就是printf函数底层是调用了fputc函数，而这个函数是一个弱化函数，在之前《STM32CubeMX实战教程（三）——外部中断（中断及HAL_Delay函数避坑）》中我也介绍过弱化函数的意思，所以我们只需要在usart.c中重写这个函数并使其作用于串口即可，具体如下


/* USER CODE BEGIN 1 */
int fputc(int ch,FILE *f)
{
        HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)&ch,1,100);
        return ch;
}
/* USER CODE END 1 */


这时候我们只需要包含stdio.h即可调用printf函数


下载验证
根据上面的工程，下载验证的话会出现一个问题，就是英文正常，如果输入中文则会返回乱码，解决方法是添加一个标志位，标记一组数据的末尾，并将数据接收完毕后一次性发送，而不是每接收到一帧数据后立刻发送。这点已在上传的工程中进行修改。工程文件已经上传，在《基于STM32CubeMX串口通信实验》。


非常抱歉由于CSDN官网上传的资源必须要设定积分，否则几乎无法通过审核，这里就没有办法免费开放给大家，不过源码在教程里已经非常详细了。




结语

非常感谢大家的阅读，如有不当或者错误的地方，欢迎指正，谢谢支持。
一个字一个字敲出来不容易，如果觉得有帮助，点个赞再走呗~
祝大家事业蒸蒸日上！
奥里给~