【STM32HAL开发】学习笔记（3）——串口
1.串口的含义
串口是一种设备通信的接口，包含发送与接收功能。串口通信以数据帧的形式进行，每一帧数据包含1位起始位、8/9位数据位以及0.5/1/1.5/2位停止位，加粗是常用形式。串口处于空闲状态（高电平），起始位则是将串口拉低，然后开始传输数据位，传输完成后将输出拉高（停止位，处于高电平）。有时候，数据位的最后一位会被拿来作为校验位，常见的校验有奇校验和偶校验。波特率是衡量通信速率的指标，表述每秒传输的位数。常见波特率为9600，115200。
UART：Universal Asynchronous Receiver / Transmitter，通用异步收/发器，只支持异步模式
USART：Universal Synchronous / Asynchronous Receiver / Transmitter，通用同步/异步收/发器，只支持同步和异步模式
同步模式两个串口之间多了一个CLK时钟线。
2.串口收发数据——无中断
先在STM32CubeMX上进行配置串口，在Connectiveity中找到USART1，Mode选择Asynchronous，波特率（Baud Rate)设置为115200，数据位长度（Word Length）设置为8，校验位（Parity）设置为None，即不使用校验位，停止位（Stop Bits）设置为1，Data Direction设置为Receive and Transmit（收发双向）。
生成工程，然后打开Keil，串口收发代码如下
uint8_t data; // 定义串口发送数组缓存区 uint8_t receive; // 定义串口接收区 //第一个参数为串口句柄，由初始化配置生成，第二个参数为发送数据的首地址， //第三个参数为一次发送数据的大小，第四个为超时时间 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&data, sizeof(data), HAL_MAX_DELAY); //第一个参数为串口句柄，由初始化配置生成，第二个参数为发接收数据的首地址， //第三个参数为一次接收数据的大小，第四个为超时时间 HAL_UART_Receive(&huart1, &receive, 1, HAL_MAX_DELAY);3.串口收发数据——有中断
在STM32中，串口中断收发是一种高效的通信方式，能够在数据到达或发送完成时自动触发中断，避免CPU轮询等待，从而提升系统实时性与资源利用率。在Cube配置中，使能NVIC。
初始化代码
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buf, 1); // 开启接收中断通过回调函数处理中断
// 接收回调函数，产生中断后自动调用 void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if(huart == &huart1) // 判断串口 { // 处理串口数据 // 重新使能接政 HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buf, 5); } } // 发送回调函数 void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { // 无需额外发送数据操作，但可以通知主程序发送状态，如设置标志位 }4.串口DMA收发数据
在STM32中，DMA可以用于减轻CPU的负担，特别是在需要移动大量数据时。例如，当需要将数据从一个外设传输到另一个外设，或者从外设传输到内存时，DMA可以直接建立数据通路，而无需CPU介入。这样，CPU就可以专注于其他更重要的任务，如计算和控制。
配置步骤：使用DMA的前置配置与使用中断的一样，然后再勾选上DMA，点击Add-->Select将TX和RX都选上，其他的保持默认即可。
在Keil中，只需要将HAL_UART_Receive_IT()换成HAL_UART_Receive_DMA()，将HAL_UART_Transmit_IT()换成HAL_UART_Transmit_DMA()，即可实现与串口中断收发数据一样的效果。
5.串口接收不定长数据
对于STM32串口接收不定长数据，常用的方法有两种：(1)普通空闲中断，每一个字节都进中断；(2)空闲中断+DMA。此外还有一种使用定时器超时判断的，但是需要额外的定时器资源。
(1)普通空闲中断
原理：每个接收到的字节都会触发接收中断（RXNE），在中断中手动存入缓冲区并计数。利用空闲中断判断帧结束。
(2)空闲中断+DMA
开启串口的空闲中断（IDLE），当接收线上空闲超过一个字节时间时触发中断。使用DMA将接收到的数据自动搬运到缓冲区，无需CPU干预每个字节。在空闲中断中，通过DMA剩余计数器计算出本次接收的数据长度。
在CubeMX中进行以下配置
使能USART1的全局中断
添加DMA通道，方向为Peripheral to Memory，模式Normal（或Circular，推荐Circular）
设置数据宽度为Byte
使能DMA传输完成中断（可选）
如果使用循环模式（Circular），则DMA会循环覆盖缓冲区，适合连续接收；如果使用正常模式（Normal），则每次接收完指定长度后停止，需要重新启动。
定义变量
#define RX_BUF_SIZE 256 // 定义一个数组接收大小的宏，数组大小不支持变量 uint8_t rx_dma_buf[RX_BUF_SIZE]; // DMA接收缓冲区 volatile uint16_t rx_len = 0; // 本次接收的数据长度 volatile uint8_t rx_complete = 0; // 接收完成标志初始化UART和DMA
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); //使能串口空闲中断 HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_dma_buf, RX_BUF_SIZE); //启用DMA接收数据（循环模式）空闲中断处理接收数据，void USART1_IRQHandler(void)函数一般在stm32f1xx_it.c中，这个是专门管理中断的。
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 */ //处理空闲中断 if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE) == RESET) { //先关闭DMA，防止这个时候收到数据，影响当前数据的处理 HAL_UART_DMAStop(&huart1); //接收数据到缓存区 rx_len = RX_BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx); //计算接收数据的长度 rx_comp_flag = 1; //接收完成将标志设为1，通知主循环 } //重新启用DMA接收数据 HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_dma_buf, RX_BUF_SIZE); /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ }在主循环中对接收到的数据进行回发
while (1) { if(rx_complete) { rx_complete = 0; // 处理 rx_dma_buf 中的 rx_len 个字节 // 例如发送回去： HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_dma_buf, rx_len, 100); // 注意：处理期间DMA可能正在接收新数据，若需保护可使用双缓冲或临界区 } }归纳串口收发函数
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 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