STM32CubeMx+HAL库：USART串口收发数据的三种方式

上篇我们讲解了利用HAL库串口中断模式收发数据的教程，包括STM32CubeMx中串口的配置等，不清楚的小伙伴可以跳转链接学习查看。

STM32CubeMx+HAL库实现串口中断收发数据（STM32F103RCT6）新手小白必看的保姆级教程https://blog.csdn.net/weixin_54015326/article/details/135683705?spm=1001.2014.3001.5501

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本篇我们主要总结下串口收发数据的三种方式，分别是：阻塞模式（也叫轮询）、中断模式、DMA模式，以下是HAL库中串口发送和接收数据时所调用的函数。

汇总：

1.阻塞模式收发数据

        HAL_UART_Transmit()：串口发送数据，使用超时管理机制
        HAL_UART_Receive()： 串口接收数据，使用超时管理机制

2.中断模式收发数据
        HAL_UART_Transmit_IT()：串口中断模式发送
        HAL_UART_Receive_IT()： 串口中断模式接收

3.DMA模式收发数据
        HAL_UART_Transmit_DMA()：串口DMA模式发送
        HAL_UART_Transmit_DMA()：串口DMA模式接收

1.阻塞模式 

1.1 阻塞模式发送函数

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

该函数的作用是将数据通过UART发送到外部设备或其他设备。

参数说明：

• huart: UART句柄，表示要使用的UART外设。
• pData: 要发送的数据的指针，即数据的起始地址。
• Size: 要发送的数据的大小，以字节为单位。用sizeof()函数获取发送缓冲区的长度
• Timeout: 发送的超时时间，单位为毫秒。如果在指定的时间内发送完成，则函数返回 HAL_OK；否则，返回 HAL_TIMEOUT。如果设置为HAL_MAX_DELAY，处理器就会一直等到数据发送完成再执行下一条语句。

1.2 阻塞模式接收函数

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

它的作用是从UART接收数据，并将接收到的数据存储到指定的缓冲区中。

参数说明：

  第一个参数是要使用的串口句柄地址
  第二个参数是要接收的数据缓冲区首地址
  第三个参数是接收的数据长度，这里可以直接用sizeof()函数获取接收缓冲区的长度
  第四个参数是超时时间，单位是ms，如果超过设置的时间，则函数返回HAL_TIMEOUT，如果设置为HAL_MAX_DELAY，处理器就会一直等到数据发送完成再执行下一条语句。

1.3 STM32CubeMX配置

 第一步：选择SYS的Debug-Serial Wire，开启SWD调试；

第二步： 时钟配置，选择RCC的 HSE -> Crystal/Ceramic Resonator（外部晶振）

紧接着配置时钟树  ⬇  ⬇  ⬇  ⬇ 

第三步：配置USART，设置参数

配置完成，生成初始化代码（Project和Code Generator里的配置请参考之前那篇串口中断的贴子，熟悉之后就可以直接嘎嘎点）

1.4 代码编写

测试阻塞模式发送函数

在main.c里，定义一个发送数组缓冲区TxBuf数组；

在while(1)循环里添加阻塞发送函数和1s的延时，实现效果是每隔1s串口发送一次TxBuf数组里的“Hello World!!我爱单片机！！” 并在串口助手上显示；

HAL_Delay(1000);
HAL_UART_Transmit(&huart1, TxBuf, sizeof(TxBuf), 100);

最终显示效果如下图所示： 

测试阻塞模式接收函数

首先定义一个接收缓冲区数组RXBuf[4]，1个16进制数是4bit，两个16进制数是1byte（8bit），设置的缓冲区类型是uint8_t（8bit），数组大小是4字节，所以要发送8个16进制数正好填满缓冲区。

注意：接收缓冲区长度可以大于要接收数据的长度，但是不能小于要接收的数据长度。

while循环里添加串口接收和串口发送函数代码： 

//从RxBuf接收缓冲区中接收数据，如果在1秒内没有接收完数据，函数将返回超时错误，接收完返回HAL_OK
if(HAL_UART_Receive(&huart1, RxBuf, sizeof(RxBuf), 1000) == HAL_OK)
{   // 如果成功接收到数据
    // 将接收到的数据原样发送回UART1，如果在1秒内没有发送完数据，函数将返回超时错误。
    HAL_UART_Transmit(&huart1, RxBuf, sizeof(RxBuf), 1000);
}

串口助手显示：

HEX模式是十六进制模式，当我们用电脑以HEX模式给单片机发送数据时，发的是十六进制，单片机接收的也是十六进制； 

注意：串口助手要打开HEX发送和HEX接收 

2.中断模式

2.1 中断模式发送函数

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

这个函数的目的是启动UART传输并以非阻塞的方式发送一定数量的数据。

参数说明：中断方式的收发函数只有三个参数
      第一个参数是要使用的串口句柄地址
      第二个参数是发送缓冲区的首地址，用于存放要发送的数据
      第三个参数是发送缓冲区长度

2.2 中断模式接收函数

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

参数说明与发送函数类似，只是把第二个和第三个参数变为了接收缓冲区

        中断模式的前三个参数和阻塞方式完全一致，只是没有了超时时间管理，因为中断(IT)方式配置完成寄存器之后不需要再占用CPU，会在接收/发送数据完成后触发中断，因此不需要超时时间管理机制。

2.3 STM32CubeMX配置

在之间的基础上再选择 NVIC Settings，勾选Enable，再次生成代码

 2.4 代码编写

在开始的时候我们需要先启动一次异步接收 HAL_UART_Receive_IT();  

 之后添加串口回调函数，当串口接收到sizeof(RxBuf)大小的数据时，会产生串口接收中断，然后进入到中断服务函数中，执行对应的串口接收回调函数里面的代码。

 这段代码的意思是：判断串口是否为串口1，如果是的话，串口发送ACKBuf数组里面的数据，显示在串口助手的界面上。

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart == &huart1)    // 判断串口号是否为 huart1
    {
        // 发送 ACKBuf 的缓冲区的数据到 UART1，使用中断模式发送
        HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, ACKBuf, sizeof(ACKBuf));
    }
    // 重新启动 UART1 的中断接收，将接收到的数据存放到 RxBuf 的缓冲区中
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, RxBuf, sizeof(RxBuf));
}

 串口显示：

3.DMA模式

3.1 什么是DMA

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机系统中用于数据传输的机制。它允许数据在外设和内存之间直接传输，而不需要CPU的介入，从而减轻了CPU的负担，提高了数据传输的效率。

举个栗子：

        想象一下我们搬家的场景：你要把家里的一些东西从旧房子搬到新房子。在传统的情况下，你可能要亲自搬每一箱东西，把它们从旧房子搬到新房子。这就相当于CPU传统地处理数据传输的方式。

        现在，有一支搬家队，他们专门负责搬家。你只需要告诉他们从哪里搬，搬到哪里，然后他们就会自己完成这项任务。而你可以利用这段时间去做其他事情，不需要亲自动手。这就有点类似于DMA的工作原理。

        在计算机中，CPU通常会处理数据的传输工作，就像你亲自搬家一样。但有了DMA，就好比有了一支专门负责数据传输的队伍。CPU只需要告诉DMA从哪里搬，搬到哪里，然后就可以去处理其他任务了。DMA负责在外设和内存之间直接传输数据，而不需要CPU一直参与。

简而言之，DMA就像是一支搬家队伍，负责在不需要CPU亲自操劳的情况下完成数据传输任务，从而提高了系统的效率。

3.2 DMA模式发送函数

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

参数类型和中断模式发送函数相同

3.3 DMA模式接收函数

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

参数类型和中断模式接收函数相同 

3.4 STM32CubeMX配置

使用DMA时必须开启中断！！

优先级选择： 

 DMA配置：

3.5 代码编写 

同理也要先开启一次DMA接收；

// 串口收到数据的回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{    // 判断触发回调的 UART 句柄是否为 huart1
    if(huart == &huart1)    // 如果串口是 UART1
    {   // 使用 DMA 模式将 RxBuf 的缓冲区的数据原样发送回 UART1
        HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, RxBuf, sizeof(RxBuf));
    }
    // 使用 DMA 模式重新启动 UART1 的接收，将接收到的数据存放到 RxBuf 缓冲区中
    HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, RxBuf, sizeof(RxBuf));
}

 串口显示：

总结

串口助手接收区显示的数据，就是通过 HAL_UART_Transmit、HAL_UART_Transmit_IT、HAL_UART_Transmit_DMA这三个之一的发送函数，把发送缓冲区数组里的数据发送到外面。

发送区用户输入的数据，通过接收函数，存到接收缓冲区数组中，以便与发送函数发送。

中断模式和DMA（normal）模式下接收数据，都需要在初始化时开启一次中断/DMA接收，并且在接收回调函数中重启一次中断/DMA接收，才能实现循环发送。

以上就是初步探索HAL库实现串口接收和发送的三种方式，继续进步！！

完结！！！撒花！！      *★,°*:.☆(￣▽￣)/$:*.°★*  

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本篇完。

本人博客仅代表个人见解方便记录成长笔记。

若有不足，请指出，感谢您的阅读！