一、USART简介

通用同步异步收发器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter）是一个串行通信设备，可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。有别于 USART 还有一个 UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），它是在 USART 基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。

串行通信一般是以帧格式传输数据，即是一帧一帧的传输，每帧包含有起始信号、数据信息、停止信息，可能还有校验信息。USART 就是对这些传输参数有具体规定，当然也不是只有唯一一个参数值，很多参数值都可以自定义设置，只是增强它的兼容性。

USART 满足外部设备对工业标准 NRZ 异步串行数据格式的要求，并且使用了小数波特率发生器，可以提供多种波特率，使得它的应用更加广泛。USART 支持同步单向通信和半双工单线通信；还支持局域互连网络 LIN、智能卡(SmartCard)协议与 lrDA(红外线数据协会) SIR ENDEC 规范。

USART 在 STM32 应用最多莫过于“打印”程序信息，一般在硬件设计时都会预留一个 USART 通信接口连接电脑，用于在调试程序是可以把一些调试信息“打印”在电脑端的串口调试助手工具上，从而了解程序运行是否正确、如果出错哪具体哪里出错等等。

二、引脚分布

STM32F103VET6 系统控制器有三个 USART 和两个 UART，其中 USART1 和时钟来源于 APB2 总线时钟，其最大频率为 72MHz，其他四个的时钟来源于 APB1 总线时钟，其最大频率为 36MHz。UART 只是异步传输功能，所以没有 SCLK、nCTS 和 nRTS 功能引脚。

三、中断控制

四、新建工程

1. 打开 STM32CubeMX 软件，点击“新建工程”

2. 选择 MCU 和封装

3. 配置时钟
RCC 设置，选择 HSE(外部高速时钟) 为 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷谐振器)

选择 Clock Configuration，配置系统时钟 SYSCLK 为 72MHz
修改 HCLK 的值为 72 后，输入回车，软件会自动修改所有配置

4. 配置调试模式
非常重要的一步，否则会造成第一次烧录程序后续无法识别调试器
SYS 设置，选择 Debug 为 Serial Wire

五、USART1

5.1 参数配置

在 Connectivity 中选择 USART1 设置，并选择 Asynchronous 异步通信

波特率为 115200 Bits/s。传输数据长度为 8 Bit。奇偶检验 None，停止位 1 ，接收和发送都 使能。

5.2 配置NVIC

使能串口接收中断

5.3 生成代码

输入项目名和项目路径

选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5

每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件
不勾：所有初始化代码都生成在 main.c
勾选：初始化代码生成在对应的外设文件。如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。

点击 GENERATE CODE 生成代码

5.4 printf重定向

在 main.c 中添加如下头文件和函数

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include 
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * @brief 重定向c库函数printf到USARTx
  * @retval None
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}
 
/**
  * @brief 重定向c库函数getchar,scanf到USARTx
  * @retval None
  */
int fgetc(FILE *f)
{
    uint8_t ch = 0;
    HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

5.5 修改中断回调函数

打开 stm32f1xx_it.c 中断服务函数文件，找到 USART1 中断的服务函数 USART1_IRQHandler()
中断服务函数里面就调用了串口中断处理函数 HAL_UART_IRQHandler()

打开 stm32f1xx_hal_uart.c 文件，找到定时器中断处理函数原型 HAL_TIM_IRQHandler()，其主要作用就是判断是哪个串口产生中断，清除中断标识位，然后调用中断回调函数 HAL_UART_RxCpltCallback()。

/* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
*/
这个函数不应该被改变，如果需要使用回调函数，请重新在用户文件中实现该函数。

HAL_UART_RxCpltCallback() 按照官方提示我们应该再次定义该函数，__weak 是一个弱化标识，带有这个的函数就是一个弱化函数，就是你可以在其他地方写一个名称和参数都一模一样的函数，编译器就会忽略这一个函数，而去执行你写的那个函数；而 UNUSED(huart) ，这就是一个防报错的定义，当传进来的串口号没有做任何处理的时候，编译器也不会报出警告。其实我们在开发的时候已经不需要去理会中断服务函数了，只需要找到这个中断回调函数并将其重写即可而这个回调函数还有一点非常便利的地方这里没有体现出来，就是当同时有多个中断使能的时候，STM32CubeMX会自动地将几个中断的服务函数规整到一起并调用一个回调函数，也就是无论几个中断，我们只需要重写一个回调函并判断传进来的定时器号即可。

接下来我们就在 stm32f1xx_it.c 这个文件的最下面添加 HAL_UART_RxCpltCallback()

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1, 0xffff);
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
    }
}
/* USER CODE END 1 */

5.6 添加全局变量

在 main.c 头部添加全局变量 Buffer

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t Buffer[1];
/* USER CODE END PV */

在 stm32f1xx_it.c 头部声明全局变量 Buffer

/* External variables --------------------------------------------------------*/
extern UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN EV */
extern uint8_t Buffer[1];
/* USER CODE END EV */

5.7 添加串口接收中断启动函数

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。

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

5.8 HAL库与标准库代码比较

STM32CubeMX 使用 HAL 库生成的代码：

uint8_t Buffer[1];

/**
  * @brief USART1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */

  /* USER CODE END USART1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */

  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  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();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */

  /* USER CODE END USART1_Init 2 */
}

/**
  * @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 */
}

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1, 0xffff);
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
    }
}

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);

使用 STM32 标准库的代码：

 /**
  * @brief  USART GPIO 配置,工作参数配置
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void USART_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    // 打开串口GPIO的时钟
    DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
    
    // 打开串口外设的时钟
    DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);

    // 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  // 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置串口的工作参数
    // 配置波特率
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
    // 配置 针数据字长
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    // 配置停止位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    // 配置校验位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    // 配置硬件流控制
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = 
    USART_HardwareFlowControl_None;
    // 配置工作模式，收发一起
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    // 完成串口的初始化配置
    USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
    
    // 串口中断优先级配置
    NVIC_Configuration();
    
    // 使能串口接收中断
    USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);    
    
    // 使能串口
    USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);        
}

/**
  * @brief  配置嵌套向量中断控制器NVIC
  * @param  无
  * @retval 无
  */
static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* 嵌套向量中断控制器组选择 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  
  /* 配置USART为中断源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
  /* 抢断优先级*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  /* 子优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  /* 使能中断 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* 初始化配置NVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 串口中断服务函数
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
  uint8_t ucTemp;
    if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET)
    {       
        ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
        USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp);    
    }    
}

MX_USART1_UART_Init(); 对应 USART_Config();NVIC_Configuration();
HAL_UART_Init(&huart1) 对应 USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure)
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1); 对应 USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);

六、注意事项

用户代码要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之间，否则下次使用 STM32CubeMX 重新生成代码后，会被删除。

• 由 Leung 写于 2021 年 1 月 15 日

• 参考：STM32CubeMX系列教程5:串行通信(USART)
　　　　STM32CubeMX实战教程（六）——串口通信（为啥你的中文会乱码）
　　　　《嵌入式-STM32开发指南》第二部分基础篇 - 第6章串口通信（HAL库）
　　　　【STM32Cube_07】使用USART发送和接收数据（中断模式）

STM32CubeMX学习笔记（6）——USART串口使用