STM32F0x HAL库学习笔记（4）串口的数据的收发（轮询模式）
本文开发环境：
- MCU型号：STM32F051R8T6
- IDE环境： MDK 5.25
- 代码生成工具：STM32CubeMx 5.0.1
- HAL库版本：v1.9.0（STM32Cube MCU Package for STM32F0 Series）
本文内容：
- STM32CubeMx 配置异步串口初始化代码
- 串口数据的收发
- 重定义printf
- 调试建议
- 串口性能测试
所需工具：
硬件：USB转串口模块
软件：串口助手
初始化Uart（异步串口）
串口是MCU最常用的外设之一，通常用来和传感器等通讯或作为调试打印输出口，在学习笔记（2）中通过IO口的初始化，也介绍了新建一个工程的流程，这里我们演示在一个已经存在的工程上，进一步配置串口。首先我们打开工程所在目录：
DemoPro是建立工程时候的名字，它的文件类型为STM32CubeMx，双击打开后就可以开始配置串口了（通常都是使用异步模式，这里也以异步串口为例）。在弹出的串口中，默认应该就是打开Pinout&Configuration选项，我们选择USART1，然后配置Mode，最后设置好基本参数，基本参数的配置要根据具体情况，当通讯的双方需要配置一致才可以正常的通讯。具体操作如下图所示：
这里还建议串口的发送IO口配置为上拉模式（如果你的电路没有外部上拉），否则可能电平不稳定情况。比如如果使用默认的No pull-up no pull Down模式，那么开启中断后，可能会出现误触发情况：
最后配置完毕，直接点击右上角 GENERATE CODE 即可生成代码。
发送/接收 函数的使用
我们打开工程文件中stm32f0xx_hal_uart.h文件，在1291行开始，可以发现HAL库给我们提供了不少的API函数，堵塞收发，中断收发，DMA，回调函数等等：
/* IO operation functions *****************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
... ...
/* Transfer Abort functions */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Abort(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_AbortTransmit(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
... ...
HAL库的注释似乎标准库详细准确很多，每一个函数在定义处都会给出使用方法，这里就不一一介绍，仅以常用的接收发送函数举例：
while (1)
{
uint8_t recv_data[1]; //接收数据
uint8_t send_data[1]; //发送数据
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if(!HAL_UART_Receive(&huart1,recv_data,1,500)) //如果接收到一个数据
{
HAL_UART_Transmit(&huart1,recv_data,1,500); //返回接收到的数据
}
}
其它的工程保持不变，我在while(1)中添加了以上2行代码，它用来把收到的数据返回出去。
函数 HAL_UART_Receive()
HAL_UART_Receive()函数拥有四个参数：
- *huart：这个参数是一个指针，表示使用哪一个串口
- *pDate：指向存放数据的地址，当我们收到数据后，就会以此存放在一这个地址开始的内存中
- Size：大小，表示要接收的数据
- Timeout：超时时间，单位为毫秒，指的是如果这个时间内收不到指定大小的数据包，函数将返回
所以 HAL_UART_Receive(&huart1,recv_data,1,500) 表示每次使用接收异步串口1，接收1个字节，存放在data为首的地址中，超时时间为500ms。超时以后则返回一个表示超时的错误码，程序不再等待，继续往下执行，避免卡死。
HAL_UART_Transmit（）
HAL_UART_Transmit（）函数通用拥有四个参数，其原理和HAL_UART_Receive()一样，只不过是发送。
发送大数据
在STM32F051中，我测试接受比较大的数据时，参数Size为1并不是一个好的选择，由于HAL函数封装程度高，效率也有所影响，频繁的调用函数容易造成数据溢出，在上文代码中，如果每次发送的数据较多，就要多次调用HAL_UART_Receive（）函数，所以如果你要每次要接收256个字节，建议使用Size为256的函数：
HAL_UART_Receive(&huart1,recv_data,256,5000)
这样，当你收到256个字节整后，函数才会被调用一次，同时建议：每次发送数据的间隔最好控制在超时时间内，也就是说尽量不要让该函数超时，在测试过程中，这很容易引起丢包现象。
重定义printf
我们重定义了fputc()函数，这样就可以方便的使用printf来打印调试数据了，毕竟M0/M0+ 系列没有ITM，具体代码如下所示，我代码放在了main.c中：
int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1,(unsigned char *)&ch,1,0x200);
return ch;
}
这样当我们使用printf的时候，就可以在串口助手出看到打印信息。
调试建议
理论上来讲，串口的配置是简单的，函数也很简单，一般都可以一次性调通。但是实际操作中，我们可能发现初始化后，使用发送函数发送数据，但是串口助手观察不到数据，这是有几种情况造成的：我们首先要保证我们调试的工具是正常使用的：
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将串口转USB模块中插入电脑，在设备管理器中看到有串口驱动，如下图所示：
（该窗口可由 我的电脑 右键 管理 调出）
如果出现感叹号，或插入USB转串口模块后显示无法设别，那就应该安装驱动，假如你不知道如何查找驱动，可以尝试使用驱动精灵或询问卖家索要一份驱动。 -
接着我们短接USB转串口模块的RX和TX，这样使用串口助手发送的数据，它会原封不动的返回给串口助手，如果你可以正常的收到发出的数据，那么证明串口模块和串口助手都是正常工作的。
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如果在排除硬件和上位机软件的原因后，可以尝试复位MCU，有时候下载选项没有勾选**“Reset and Run”**导致每次下载程序后都需要复位，当然似乎有时候勾选了，还是需要复位才可以正常运行。
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如果以上方式都已经排除，那么则很可能是代码的原因，我们需要重新检查一下代码，如果你有一个参考的demo，则会方便很多。
串口性能的测试
建议通讯之前，可以先了解串口的性能，比如在测试过程中，可以通过不断发送接收到的数据来测试串口。我测试时的函数如下：
while (1)
{
uint8_t recv_data[512];
uint8_t send_data[512];
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if(!HAL_UART_Receive(&huart1,recv_data,512,5000))
{
HAL_UART_Transmit(&huart1,recv_data,512,5000);
}
}
由于每次都是512个字节，所以在串口助手发送处，我也输入了512个字节的数据，然后使用定时发送，每200ms或150ms发送一次，最后观察发送和接受数据统计是否一致。在我的测试中，200ms没有测出问题，但是120ms或100ms很快就出现数据溢出，这时候就会观察到统计数据中，发送数据一直在增加，但是接收数据已经不再增加了。
了解外设的性能是重要的，这是为了在设计程序的时候提供一些有助于稳定性的指导。