介紹

串口（UART通用異步收發器，TTL）通訊是一種設備間的串行全雙工通訊方式。由于UART是異步傳輸，沒有傳輸同步時鐘，為了保證數據的正確性，UART采用16倍數據波特率的時鐘進行采樣。因為它簡便捷，因此大部分電子設備都支持該通訊方式工程師在調試設備時也經常使用該方式輸出調試信息。

本文詳細的介紹如何來編寫一個串口收發程序，我們采用常用的收發邏輯，發送直接編寫函數進行實現，而接收使用中斷進行完成。接收中斷使用接收到一個字節和一幀數據兩種中斷觸發方式。

USART中斷

USART 有多個中斷請求事件。微信截圖_20230105161930.png

之所以介紹這個USART中斷請求，是因為很多人在初學階段，對串口怎么判斷串口中斷的狀態不太了解，所以我這里重點來介紹一下。

一般在我們開始和配置完串口中斷后，進入串口中斷處理程序的情況會有很多，我們也可以自己選擇打開哪些串口中斷情況。一般情況下，我們在接受時主要使用的中斷事件標志是RXNE和IDLE。

RXNE是接收中斷，每接收一個字節都會出發這個中斷，也是我們用的最頻繁的中斷請求。

IDLE 是空閑中斷，每接收完一幀數據，總線就會暫時空閑，就會觸發這個中斷。

串口狀態

串口的狀態可以通過狀態寄存器 USART_SR 讀取。USART_SR 的各位描述如下：微信截圖_20230105161930.png

這里我們關注一下兩個位，第 5、6 位 RXNE 和 TC。

RXNE（讀數據寄存器非空），當該位被置 1 的時候，就是提示已經有數據被接收到了，且可以讀出來了。這時候我們要做的就是盡快去讀取 USART_DR，通過讀 USART_DR 可以該位清零，也可以向該位寫 0，直接清除。

TC（發送完成），當該位被置位的時候，表示 USART_DR 內的數據已經被發送完成了。果設置了這個位的中斷，則會產生中斷。該位也有兩種清零方式：

讀 USART_SR，USART_DR。
直接向該位寫 0。

實例

需求分析

本項目主要編寫一個串口收發的實例。使用STM32F103C8T6充當MCU，在PC上使用串口調試助手充當上位機。每次PC向MCU下發一幀數據， MCU每接收一個字節數據，檢查一下數據中是否有指令0x23，當接收到指令0x23的時候，MCU向上位機發送“PC”。當一幀數據接收完畢后，MCU向上位機發送“Receive a frame data”.

串口初始化

串口初始化的一般步驟可以總結為如下幾個步驟：

串口時鐘使能，GPIO 時鐘使能。
設置引腳復用器映射：調用 GPIO_PinAFConfig 函數。
GPIO 初始化設置：要設置模式為復用功能。
串口參數初始化：設置波特率，字長，奇偶校驗等參數。
開啟中斷并且初始化 NVIC，使能中斷（如果需要開啟中斷才需要這個步驟）。
使能串口。

#include "usart.h"
#include 
#include "stm32f1xx_hal.h
UART_HandleTypeDef huart3
void MX_USART3_UART_Init(void)


  huart3.Instance = USART3;
  huart3.Init.BaudRate = 115200;
  huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart3.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler()
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_RXNE);//接收中斷使能
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_IDLE);//空閑中斷使能 
}


void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)


  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(uartHandle->Instance==USART3)
  {
    __HAL_RCC_USART3_CLK_ENABLE()
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    /**USART3 GPIO Configuration
    PB10     ------> USART3_TX
    PB11     ------> USART3_RX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct)
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    HAL_NVIC_SetPriority(USART3_IRQn, 5, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART3_IRQn);

我們平時需要改的其實就是串口的一些參數配置。

BaudRate：波特率
WordLength;：字長
StopBits：停止位
Parity：奇偶校驗
Mode：收/發模式設置
HwFlowCtl：硬件流設置
OverSampling：過采樣設置

串口發送

串口發送這里使用的非中斷發送方式。

/*******************************************************************************
  * @函數名稱  USART_Send
  * @函數說明   發送信息
  * @輸入參數   _UART：串口號
      data：要發送的信息的首地址
      len：發送的長度
  * @輸出參數   無
  * @返回參數   無
*******************************************************************************/
void USART_Send(USART_TypeDef *_UART,uint8_t *data,uint8_t len)
{
  for(int i;i

主要使用的是HAL_UART_Transmit(&huart3,&Res,1,0Xffff);

這是一個阻塞的發送函數，無需重復判斷串口是否發送完成。發送每個字符，直到遇空字符才停止發送。其中第一個參數是串口號，第二個參數是要發送的數據起始地址，第三個是要發送的數據長度，第四個超時時間（超過此長度仍未發送成功則阻塞完畢，停止發送，函數執行完畢）。

串口接收

這里串口接收使用的是中斷的方式。

中斷的類別在文章的最上邊已經介紹過。我們在初始化時設定觸發中斷的類型。本文中設置的

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_RXNE);//接收中斷使能
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_IDLE);//空閑中斷使能

代表只有接收數據和空閑中斷會觸發。

在stm32f1xx_it.c中有我們的串口中斷處理函數。我們將這個函數進行重構。

void USART3_IRQHandler(void)
{
  uint8_t Res;
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_RXNE)!=RESET
{
  HAL_UART_Receive(&huart3,&Res,1,0Xffff); 
 if(Res==0x23)  
  printf("PC");
}
else if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_IDLE)!=RESET)//空閑中斷（代表這一幀數據傳輸完了）
{
  printf("Receive a frame data.");
  __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart3);
}

這里面的幾個重點，我們來一一介紹。

首先是判斷標志位，我們使用HAL庫中的__HAL_UART_GET_FLAG（）函數，里面有兩個參數，前者是串口句柄，后者是具體哪個標志位。

if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_RXNE)!=RESET)用來檢測是否檢測到有單個字節的中斷。

if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_IDLE)!=RESET)用來檢測是否有空閑中斷（代表這一幀數據傳輸完了）。

重定向printf和scanf

還有一點需要注意的，使用 fput 和 fgetc 函數達到重定向 C 語言標準庫輸入輸出函數必須在 MDK 的工程選項把“Use MicroLIB”勾選上， MicoroLIB 是缺省 C 庫的備選庫，它對標準 C 庫進行了高度優化使代碼更少，占用更少資源

為使用 printf、 scanf 函數需要在文件中包含 stdio.h 頭文件。

/**
  * 函數功能: 重定向c庫函數printf
  * 輸入參數: 無
  * 返 回 值: 無
  * 說    明：無
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

/**
  * 函數功能: 重定向c庫函數getchar,scanf
  * 輸入參數: 無
  * 返 回 值: 無
  * 說    明：無
  */
int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart3, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}