stm32F407HAL库学习-USART串口

前期准备：

• stm32F407ZGT6开发板
• STM32CubIDE软件
• 串口：使用USART1，PA9、PA10

1、工程创建

• 1、设置RCC

  • 设置为告诉外部时钟HSE ，选择外部时钟源

    

• 2、设置串口

  • 点击USART1

  • 设置Mode为异步通信(Asynchronous) 。

    • 其他模式选项包括：
      • Synchronous（同步模式）：用于需要时钟信号的通信，适合与 SPI 或其他同步设备通信。
      • Single Wire (Half-Duplex)（单线半双工）：使用单根数据线进行双向通信，常见于节省引脚的应用。
      • Multiprocessor Communication（多处理器通信）：用于多个设备通过同一总线通信。
      • IrDA（红外数据通信）：用于红外通信。
      • LIN（本地互联网络）：用于汽车电子领域的低速通信。
      • SmartCard（智能卡）：用于与智能卡通信。

  • 基础参数：波特率为115200 Bits/s。传输数据长度为8 Bit。奇偶检验无，停止位1 接收和发送都使能

  • GPIO引脚设置 USART1_RX/USART_TX

  • NVIC Settings 一栏使能接收中断

    

• 3、设置时钟

  

• 4、生成代码

重新定义Printf函数

• 在main.c文件中加入下面代码。

  #include "stdio.h"
  
  #ifdef __GNUC__
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
  #else
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
  #endif
  
  PUTCHAR_PROTOTYPE
  {
  	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch,1,HAL_MAX_DELAY);
      return ch;
  }

中断方式接收数据

1、USART中断接收的基本原理

USART（通用同步异步收发器）shi为控制器常用的通信模块，通过串口与外部设备进行通信。中断接收是当USART接收到数据时，硬件会触发一个中断，通知CPU执行预定义的回调函数来处理数据。

2、stm32HAL库中的中断接收

• 函数原型：

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

  • huart：UART 句柄，例如 &huart1，指向已初始化的 UART 实例。
  • pData：接收数据的缓冲区指针。
  • Size：期望接收的字节数。

• 工作机制：

  • 调用HAL_UART_Receive_IT后，硬件会收指定size的数据后触发中断
  • 当中断发生后，HAL库会调用回调函数，HAL_UART_RxCpltCallback。
  • 在回调函数中，可以处理接收到的数据，并重新调用HAL_UART_Receive_IT 继续接收。

3、中断接收实现

实现一个基于环形缓冲区的UART中断接收机制。

• 初始化

  int main(void)
  {
      HAL_Init();
      SystemClock_Config();
      MX_GPIO_Init();
      MX_USART1_UART_Init();  // 初始化 USART1
      uint8_t rxBuffer[1] = {0};
      HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1);  // 启动中断接收
      while (1)
      {
          while (!UART_RX_IsEmpty()) {
              uint8_t data = UART_RX_GetByte();
              HAL_UART_Transmit(&huart1, &data, 1, 100);  // 回显数据
          }
      }
  }

  • MX_USART1_UART_Init：初始化USART1
  • HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1);：启动中断接收，每次接收1字节并存储到rxBuffer中。

• 中断回调处理

  void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
  {
      if (huart->Instance == USART1) {
          UART_RX_PutByte(rxBuffer[0]);  // 将接收到的字节存入环形缓冲区
          HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1);  // 重新启动接收
      }
  }

  • 数据储存：将接收的数据存入环形缓冲区。
  • 持续接收

• 环形缓冲区管理

  typedef struct {
      uint8_t buffer[UART_RX_BUFFER_SIZE];
      volatile uint16_t head;  // 写指针
      volatile uint16_t tail;  // 读指针
  } UART_RX_CircularBuffer;
  
  // 判断缓冲区是否满
  bool UART_RX_IsFull(void) {
      return ((uart_rx_buffer.head + 1) % UART_RX_BUFFER_SIZE) == uart_rx_buffer.tail;
  }
  // 判断缓冲区是否空
  bool UART_RX_IsEmpty(void) {
      return (uart_rx_buffer.head == uart_rx_buffer.tail);
  }
  
  // 写入一个字节到缓冲区
  void UART_RX_PutByte(uint8_t data) {
      if (!UART_RX_IsFull()) {
          uart_rx_buffer.buffer[uart_rx_buffer.head] = data;
          uart_rx_buffer.head = (uart_rx_buffer.head + 1) % UART_RX_BUFFER_SIZE;
      }
  }
  
  // 从缓冲区读取一个字节
  uint8_t UART_RX_GetByte(void) {
      uint8_t data = 0;
      if (!UART_RX_IsEmpty()) {
          data = uart_rx_buffer.buffer[uart_rx_buffer.tail];
          uart_rx_buffer.tail = (uart_rx_buffer.tail + 1) % UART_RX_BUFFER_SIZE;
      }
      return data;
  }

  • 环形缓冲区：通过head和tail指针实现循环使用，避免数据覆盖。

  • 中断安全：head和tail使用volation修饰，请避免了错误

  • UART_RX_IsFull ：判断缓冲区是否已满。

  • UART_RX_IsEmpty：判断缓冲区是否已空

  • UART_RX_PutByte：写入一个字节到缓冲区，如果未满，则写入head当前的下一个位置，并且用%的方法来循环写入缓冲区。

  • UART_RX_GetByte：读取一个字节到缓冲区，如果未满，则读取tail当前的下一个位置，并且用%的方法来循环读取缓冲区。