前言

本文为笔者学习串口通信知识的总结与复盘，基于keysking的系列视频，欢迎大家指正文中错误

串口通信概述

USART

Universal Synchronous / Asynchronous Receiver & Transmitter
= USART 通用同步或异步接收器和发送器
故UART为通用异步接收器和发送器

硬件连接原理

STM32：一般由芯片引脚引出的为TTL电平或RS232电平，通信协议为UART或USART协议
PC：一般为USB电平标准，通信协议为USB协议
因此，STM32与PC端进行通信时，必须克服“语言”的障碍，需要“翻译官”为他们统一“语言”，一般需要USB转TTL串口模块充当STM32与PC通信的“翻译官”“桥梁”

注意，一些开发板有板载USB转TTL串口模块、CH340芯片，就不用外接USB转TTL串口模块了

轮询模式

理论

应用

CubeMX配置

Keil5代码

发送

串口发送数据

HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

注意：串口的阻塞式发送会导致程序的阻塞，只有当数据全部发送完时，程序才会继续向下执行

接收

串口接收数据

HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

注意：串口的阻塞式接收会导致程序的阻塞，只有当接收到数据时，程序才会继续向下执行。比如用蓝牙调试助手控制小车的运动，阻塞式接收会导致当没有接收到数据时，程序的卡死，小车的无响应，不推荐使用阻塞式接收！！！

参数详解：

HAL_UART_Transmit：HAL库以UART协议发送（Transmit）
HAL_UART_Receive：HAL库以UART协议接收（Receive）
UART_HandleTypeDef *huart：指向UART_HandleTypeDef结构体的指针（如&huart1，也即发送数据或接收数据的串口
uint8_t *pData：指向要发送数据或接收数据的指针（如(uint8_t *)message
uint16_t Size：发送的数据或接收的数据的字节长度（如2或strlen(message)
Timeout：最大发送或接收时间（如100或HAL_MAX_DELAY

中断模式

理论

中断模式详解：
当开启串口的中断模式（HAL_UART_Transmit_IT()）发送数据后，串口开始发送数据。若发送数据寄存器为空 --> 触发串口中断 --> 进入串口中断处理函数USARTx_IRQHandler --> 判断中断触发源 --> 进入”发送数据寄存器空中断“的中断回调函数 --> 叫回CPU进行数据搬运（内存数据 --> 发送数据寄存器）

又因为，中断模式的收发为非阻塞，所以为了避免在处理数据时还没有完全接收数据，我们不应在串口中断处理函数中写具体代码，而应该在中断回调函数中实现代码

如UART发送数据完成中断回调函数：

__weak void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

保证了在完全接收数据后，再处理数据

补充一下

因为每个USART只有一个中断向量，但有很多能触发USART中断处理函数的中断源（比如“接收数据寄存器非空”中断 “发送完成”中断 都能触发中断从而进入USART的中断处理函数）
这些中断源都由中断向量指向唯一的中断处理函数，所以中断处理函数中，根据不同的中断源，内置了不同的中断回调函数（比如：中断源为“发送完成” 那么对应进入”发送完成“中断的中断回调函数）

应用

CubeMX配置

先正常配置

再使能中断

Keil5代码

发送

串口发送数据

HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

IT模式下“串口发送数据完成”中断回调函数

HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); 

接收

串口接收数据

HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

IT模式下“串口接收数据完成”中断回调函数

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); 

示例

//程序开始：开启IT模式串口接收数据(注意不要在循环中开启，否则会导致数据未接收完全，就重新开启，导致数据丢失，在setup初始化部分开启一次即可
HAL_UART_Receive_IT(&huart2, receiveData, sizeof(receiveData));

//重定义回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
//好习惯，先判断下中断是否来自huart2，因为其他usart触发中断也会调用次回调函数
	if(huart == &huart2)
		{
		/*此处为逻辑代码*/
		//最后注意重新打开串口IT模式接收，如果不重新开启，在后续数据传入时，串口将不再接收数据
		HAL_UART_Receive_IT(&huart2, receiveData, sizeof(receiveData));
		}
} 

DMA模式

理论

什么是DMA?
DMA = Direct Memory Access 直接内存访问
充当CPU的小助手，帮助在内存变量与接收/发送数据寄存器之间搬运数据，可以提高传输速度并减少CPU负担

应用

CubeMX配置

先配置USART参数

再使能USART中断
因为DMA模式的UART通信也需要调用中断回调等中断相关函数

最后配置DMA模式 默认参数即可

Keil5代码

发送

串口发送数据

HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

接收

串口接收数据

HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

DMA模式下 “串口接收数据完成”中断回调函数

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart,uint16_t Size);

串口接收不定长数据

利用串口空闲(idle)中断：
当RX引脚无后续数据传入时触发该中断，也即RX从忙碌转为空闲时触发，也即一帧数据包接收完成时触发

CubeMX配置同DMA模式
Keil5代码

• 串口接收函数

HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

Ex = 扩展   Receive = 接收   Idle = 空闲中断
*huart = 接收串口的指针地址 例：&huart2
*pData = 用来接收数据的变量的指针地址 例：receiveData
Size = 一次能接收的最大数据长度，一般填写接收数据变量的长度，防止数组越界 例：sizeof(receiveData)

• DMA模式下“串口接收数据完成”中断回调函数

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart,uint16_t Size)

• 整体

//程序开始：开启DMA模式串口接收数据空闲中断，关闭DMA传输过半中断
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, receiveData, sizeof(receiveData));
__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart2_rx,DMA_IT_HT);

//重定义回调函数
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart,uint16_t Size){
//养成好习惯，先判断下中断是否来自huart2，因为其他usart触发的DMA模式接收数据完成中断也使用的是该中断回调函数
	if(huart == &huart2)
		{
		/*此处为逻辑代码*/
		//最后注意重新打开串口DMA模式接收，否则在后续数据传入时，DMA会不再搬运数据
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, receiveData, sizeof(receiveData));
		//关闭”DMA传输过半中断”，防止接收数据长度大于一半的接收数据最大长度时 导致的再进入该中断回调函数
		//注意 该关闭“DMA传输过半中断”在程序开头也要有 防止第一次接收的数据大于一半最大接收数据上限
		__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart2_rx,DMA_IT_HT);
		}
} 

补充
USART勾选NVIC使能并添加了DMA的通道，不影响串口的基本的轮询发送数据的功能，勾选NVIC与添加DMA通道只是扩展了串口的功能，并不限制原有的基本功能

串口重定向为printf

原理

为了能使用printf()函数来进行数据的交互，就要进行函数的”重映射“，即重新定义c库函数printf()中调用的fputc()函数
fputc为__weak弱定义，方便我们修改重定义以此调用printf

应用

CubeMX配置

与轮询模式配置一致
因为中断模式与DMA模式收发数据异常

Keil5配置

勾选 “Use MicroLIB”

添加头文件

重写fputc()函数

int fputc(int ch,FILE *f)
{
	uint8_t temp[1] = {ch};
	
	//采用轮询方式发送1字节数据
	HAL_UART_Transmit(&huart3,temp,1,2);
	return ch;
}

最后，你就能调用 printf() 函数了！！！