【STM32 HAL】UART串口通讯

HAL库中UART的三种收发方式

（一）阻塞收发

• 特点：简单粗暴，占满单片机资源进行收发
• 简介：
  • 发送：发送指定长度的数据。如果超时没发送完成，则不再发送，返回超时标志
  • 接收：接收指定长度的数据。如果超时没接收完成，则不再接收数据到指定缓冲区，返回超时标志（HAL_TIMEOUT)
• 发送函数：HAL_UART_Transmit()
• 接收函数：HAL_UART_Receive()
• CubeMX配置 ：
  

（二）中断收发

• 特点：利用中断收发，不会占满资源
• 简介：
  • 发送：把发送缓冲区指针指向要发送的数据，设置发送长度，发送计数器初值，然后使能串口发送中断，触发串口中断。
    再然后，串口中断函数处理，直到数据发送完成，而后关闭中断，不再发送数据，串口发送完成回调函数。
  • 接收：把接收缓冲区指针指向要存放接收数据的数组，设置接收长度，接收计数器初值，然后使能串口接收中断。接收到数据时，会触发串口中断。
    再然后，串口中断函数处理，直到接收到指定长度数据，而后关闭中断，不再触发接收中断，调用串口接收完成回调函数。
• 发送函数： HAL_UART_Transmit_IT()
• 接收函数： HAL_UART_Receive_IT()
• CubeMX配置：
  

（三）DMA收发

• 特点：不占CPU资源

• 简介：

  • 串口DMA发送，以DMA方式发送指定长度的数据。
    过程是，把发送缓冲区指针指向要发送的数据，设置发送长度，发送计数器初值，设置 DMA传输完成中断的回调函数，使能 DMA控制器中断，使能 DMA控制器传输 使能UART的DMA传输请求。
    然后，UART便会发送数据，直到发送完成，触发DMA中断。
    DMA中断处理，如果DMA模式是循环模式，则直接调用 DMA传输完成中断的回调函数。
    如果 DMA模式是正常模式，则先关闭DMA传输完成中断，不再触发DMA中断，再 调用 DMA传输完成中断的回调函数。
    DMA传输完成中断的回调函数处理过程，如果 DMA模式是循环模式，则 直接调用串口发送完成回调函数。
    如果 DMA模式是正常模式，则先关闭 UART的DMA传输请求， 再使能串口传输完成中断，直到传输完成，触发中断。
    串口传输完成中断处理，关闭中断，调用串口发送完成回调函数。
  • 串口DMA接收，以DMA方式接收指定长度的数据。
    过程是，把 接收缓冲区指针 指向 要存放接收数据的数组，设置接收长度，接收计数器初值，设置 DMA传输完成中断的回调函数，使能DMA控制器中断，使能DMA控制器传输，使能UART的DMA传输请求。
    然后，UART接收到数据，便会通过DMA把数据存到接收缓冲区，直到接收到指定长度数据，触发DMA中断。
    DMA中断处理，如果 DMA模式 是 循环模式，则 直接 调用 DMA传输完成中断的回调函数。
    如果 DMA模式是正常模式，则先关闭DMA传输完成中断，不再触发DMA中断，再 调用 DMA传输完成中断的回调函数。
    DMA传输完成中断的回调函数处理过程，如果 DMA模式是循环模式，则直接调用串口接收完成回调函数。
    如果 DMA模式 是 正常模式，则先关闭 UART的DMA传输请求， 再调用串口接收完成回调函数。

• 发送函数：HAL_UART_Transmit_DMA()

• 接收函数：HAL_UART_Receive_DMA()

• CubeMX配置
  

使用示例

以HAL_UART_Transmit_IT为例
考虑到初始化代码可以用CubeMX生成，为方便理解，省略了初始化代码

int main(void)
{
     
	/*初始化（已省略）*/
	 uint8_t uartbuff[20] = "test uart";
	 while (1)
	 {
     
	 	HAL_UART_Transmit(&huart1,uartbuff,20,10);
	 }
}

在串口中使用printf()和scanf()

• 包含头文件 #include "stdio.h"
• 重定义 fputc 以使用 printf()

int fputc(int c,FILE * f)
{
     
 HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&c,1,20);// 此处以阻塞发送为例，也可以使用其他两种方式
 return c;
}

• 重定义fgetc以使用scanf()

int fgetc(FILE *f)
{
     
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);// 此处以阻塞接收为例，也可以使用其他两种方式
  return ch;
}

完成重定义后，就可以在代码中使用printf()和scanf()了，使用方法同寻常c语言编程相同，输入和输出通过串口实现，可以使用串口调试助手进行查看和操作。

回头看整个流程

分析一下main.c文件，从头往下看，为方便阅读，删去了CubeMX生成的注释

#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "stdio.h"

void SystemClock_Config(void);

/*此处重定义fputc和fgetc*/
int fputc(int c,FILE * f)
{
     
 HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&c,1,20);
 return c;
}
int fgetc(FILE *f)
{
     
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

int main(void)
{
     
/****************这部分代码可以使用CubeMX生成******************************/
  /* 复位所有外设，初始化Flash接口和Systick */
  HAL_Init();
  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化所有已配置的外设，可以看到这里使用的是MX_XX_Init(),也就是调用使用CubeMX配置生成的初始化设置 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
/****************这部分代码可以使用CubeMX生成******************************/
  /* 进入while循环，执行用户逻辑 */
  while (1)
  {
     
    printf("test uart\n");
  }

}

回调函数

UART的中断收发和DMA收发提供了回调函数，当达到相应的条件后，会触发回调函数，用户可以在回调函数中编写自己需要实现的功能
例如：当使用HAL_UART_Transmit_IT()完成发送后，会触发HAL_UART_TxCpltCallback
回调函数，用户可以在HAL_UART_TxCpltCallback中编写代码实现自己需要的功能。
值得注意的是，回调函数是使用弱定义关键字weak实现的，用户需要重定义实现回调函数。

__weak void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
     
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(huart);
  /* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_UART_TxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}

常见回调函数：
HAL_UART_TxCpltCallback
HAL_UART_RxCpltCallback
HAL_UART_TxHalfCpltCallback
HAL_UART_RxHalfCpltCallback
HAL_UART_ErrorCallback

更多高级操作请查阅HAL库官方文档
或阅读stm32f1xx_hal_uart.c中的相关介绍