HAL库与STM32CubeMX结合详解UART串口通信
0 2024-01-30

分享本文学习STM32CubeMX串口的操作,以及HAL库串口的配置,我们会详细的讲解各个模块的使用和具体功能,并且基于HAL库实现Printf函数功能重定向,UART中断接收,本系列教程将HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解,使您可以更快速的学会各个模块的使用。


所用工具

1、芯片:STM32F407ZET6

2、STM32CubeMx软件

3、IDE:MDK-Keil软件

4、STM32F1xx/STM32F4xxHAL库

5、串口:使用USART1 PA9,PA10

知识概括

  • STM32CubeMX创建串口例程

  • HAL库UATR函数库

  • 重定义printf函数

  • HAL库,UART中断接收

  • HAL库UATR接收与发送例程

下面介绍工程的创建过程。

设置RCC

设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源。

设置串口

  • 点击USATR1

  • 设置MODE为异步通信(Asynchronous)

  • 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

  • 4GPIO引脚设置 USART1_RX/USART_TX

  • 5 NVIC Settings 一栏使能接收中断

设置时钟

我用的外部晶振为8MHz。

  • 1选择外部时钟HSE 8MHz

  • 2PLL锁相环倍频72倍

  • 3系统时钟来源选择为PLL

  • 4设置APB1分频器为 /2

如果不懂STM32的时钟树框图的话,请看《【STM32】系统时钟RCC详解(超详细,超全面)》


项目文件设置

  • 1 设置项目名称

  • 2 设置存储路径

  • 3 选择所用IDE

创建工程文件

然后点击GENERATE CODE  创建工程。

配置下载工具

新建的工程所有配置都是默认的  我们需要自行选择下载模式,勾选上下载后复位运行。


下面介绍下HAL库UART函数库。

UART结构体定义

UART_HandleTypeDef huart1;

UART的名称定义,这个结构体中存放了UART所有用到的功能,后面的别名就是我们所用的uart串口的别名,默认为huart1,可以自行修改。

串口发送/接收函数如下。

  • 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

  • HAL_UART_Transmit_IT();串口中断模式发送

  • HAL_UART_Receive_IT();串口中断模式接收

  • HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式发送

  • HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式接收

这几个函数的参数基本都是一样的,我们挑两个讲解一下。

串口发送数据:

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

功能:串口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(HAL_TIMEOUT)。

参数:

  • UART_HandleTypeDef *huart 是UATR的别名,如 :

     UART_HandleTypeDef huart1; //别名就是huart1
  • *pData      需要发送的数据

  • Size    发送的字节数

  • Timeout   最大发送时间,发送数据超过该时间退出发送

举例:

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)ZZX, 3, 0xffff); //串口发送三个字节数据,最大传输时间0xffff


中断接收数据:

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

功能:串口中断接收,以中断方式接收指定长度数据。

大致过程是,设置数据存放位置,接收数据长度,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,进入中断接收回调函数,不再触发接收中断。(只触发一次中断)

参数:

  • UART_HandleTypeDef *huart 是UATR的别名,如 :

    UART_HandleTypeDef huart1;   //别名就是huart1
  • *pData      接收到的数据存放地址

  • Size    接收的字节数

举例:

HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&value,1); //中断接收一个字符,存储到value中

如下是串口中断函数。

  • HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);  //串口中断处理函数

  • HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);  //串口发送中断回调函数

  • HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);  //串口发送一半中断回调函数(用的较少)

  • HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);  //串口接收中断回调函数

  • HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//串口接收一半回调函数(用的较少)

  • HAL_UART_ErrorCallback();串口接收错误函数

串口接收中断回调函数:

HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

功能:HAL库的中断进行完之后,并不会直接退出,而是会进入中断回调函数中,用户可以在其中设置代码, 串口中断接收完成之后,会进入该函数,该函数为空函数,用户需自行修改。

参数:

  • UART_HandleTypeDef *huart 是UATR的别名,如 :


    UART_HandleTypeDef huart1;   //别名就是huart1


串口中断处理函数

HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);

功能:对接收到的数据进行判断和处理 判断是发送中断还是接收中断,然后进行数据的发送和接收,在中断服务函数中使用。

如果接收数据,则会进行接收中断处理函数。

/* UART in mode Receiver -----------------------------*/if((tmp_flag != RESET) && (tmp_it_source != RESET)){UART_Receive_IT(huart);}

如果发送数据,则会进行发送中断处理函数。

/* UART in mode Transmitter --------------------------*/if (((isrflags & USART_SR_TXE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TXEIE) != RESET)){UART_Transmit_IT(huart);return;}


串口查询函数

HAL_UART_GetState(); //判断UART的接收是否结束,或者发送数据是否忙碌

举例:

while(HAL_UART_GetState(&huart4) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX) //检测UART发送结束

USART接收与发送
重新定义printf函数,在 stm32f4xx_hal.c中包含#include

#include"stm32f4xx_hal.h"#includeextern UART_HandleTypeDef huart1; //声明串口

在 stm32f4xx_hal.c 中重写fget和fput函数。

在main.c中添加如下代码。

#define RXBUFFERSIZE  256char RxBuffer[RXBUFFERSIZE];while (1){/* USER CODE END WHILE */printf("Z小旋测试\n");HAL_Delay(1000);/* USER CODE BEGIN 3 */}

之后便可以使用Printf函数和Scanf,getchar函数。

关于UART接收中断,因为中断接收函数只能触发一次接收中断,所以我们需要在中断回调函数中再调用一次中断接收函数具体流程:


  • 初始化串口

  • 在main中第一次调用接收中断函数

  • 进入接收中断,接收完数据  进入中断回调函数

  • 修改HAL_UART_RxCpltCallback中断回调函数,处理接收的数据

  • 回调函数中要调用一次HAL_UART_Receive_IT函数,使得程序可以重新触发接收中断


函数流程:

HAL_UART_Receive_IT(中断接收函数) -> USART2_IRQHandler(void)(中断服务函数)    ->    HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)(中断处理函数)    ->    UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart) (接收函数)   ->    HAL_UART_RxCpltCallback(huart);(中断回调函数)

HAL_UART_RxCpltCallback函数就是用户要重写在main.c里的回调函数。

代码实现:

并在main.c中添加下列定义:

#include#define RXBUFFERSIZE  256 //最大接收字节数char RxBuffer[RXBUFFERSIZE]; //接收数据uint8_t aRxBuffer; //接收中断缓冲uint8_t Uart1_Rx_Cnt = 0; //接收缓冲计数

在main()主函数中,调用一次接收中断函数。

/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1);/* USER CODE END 2 */

在main.c下方添加中断回调函数

/* USER CODE BEGIN 4 */voidHAL_UART_RxCpltCallback(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*/if(Uart1_Rx_Cnt >= 255) //溢出判断{Uart1_Rx_Cnt = 0;memset(RxBuffer,0x00,sizeof(RxBuffer));HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"数据溢出", 10,0xFFFF);}else{RxBuffer[Uart1_Rx_Cnt++] = aRxBuffer; //接收数据转存if((RxBuffer[Uart1_Rx_Cnt-1] == 0x0A)&&(RxBuffer[Uart1_Rx_Cnt-2] == 0x0D)) //判断结束位{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&RxBuffer, Uart1_Rx_Cnt,0xFFFF); //将收到的信息发送出去while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX);//检测UART发送结束Uart1_Rx_Cnt = 0;memset(RxBuffer,0x00,sizeof(RxBuffer)); //清空数组}}HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1); //再开启接收中断}/* USER CODE END 4 */

发送数据被正常返回。


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