STM32 串口协议简明教程

前言

本文旨在介绍STM32单片机串口协议的使用。
主要是为了个人复习，一段时间没用，就容易忘记。因此在文章中也不会出现串口的原理等讲解。
本文的重点是利用CubeMX实现一个最基本的串口模板，从而能够在往后的各个项目中得到运用。

本文使用单片机是STM32F407VET6核心板。因为是第一篇关于STM32的文章，我就浅浅讲一下新工程的创建

你将解决以下问题

创建一个最基本的工程模板
完成串口发送消息（使用HAL_UART_Transmit 和 printf）
完成串口回显（中断回调函数的配置）

创建新工程

打开Cube，选择你对应型号的单片机，正常情况下，你会看到这个
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首先配置SystemCore，Debug务必选择SerialWire，否则无法重复烧录，你的单片机成一次性的了

接下来配置RCC，选择HSE并找到Crystal Resonator选项，就是选择外部高速晶振。你选择了这个，就意味着时钟树配置的时候你要修改Input Frequency为这个外部高速晶振的频率。
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最后，找到NVIC选项，勾选RCC全局中断

完事之后配置一下GPIO，点亮一个LED啥的，来确保代码是正确的。本代码不包括FreeRTOS，我们直接生成裸机代码。

时钟树关键要调节这几个部分。调节完毕直接回车。这里面有几个比较重要的我说一下.
第一个是输入频率。这个为什么是8MHz？
关于Input Frequency，一方面，你可以直接查阅芯片手册，上面会有高速外部晶振的推荐频率。另一方面，也是最实际的，你可以直接询问你购入芯片的商家。大多数商家会直接把这个晶振标注在外面。就不用你费心思查阅了。
第二个是你一定要选择HSE和PLLCLK，也就是选择高速外部时钟和锁相环倍增。HCLK直接和下面推荐的max设定一样，来确保单片机发挥了最大性能。
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我这边用的是优信电子的F407VET6核心板，他很贴心地帮我标好了。一般407都是这个外部晶振频率
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配置完时钟树后，我们可以开始生成工程代码，并测试生成工程的正确性
后面我把A0的初始化改成A1了，所以在main函数的while里面扔如下代码，只要led闪烁了，就说明工程生成是正确的

while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */
  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_1);
  HAL_Delay(500);
  /* USER CODE BEGIN 3 */
}

使用CubeMX配置串口

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找到Connectivity中的UART5选项，并选择Mode为Async…，也就是异步模式。大多数的串口都是异步串口。在上面图片的右侧，展示了这个串口的具体引脚。分别是D2和C12。
串口的波特率、字长等都保持默认。
一般项目中只会涉及波特率的修改，这里BaudRate是115200。
另外，我们的串口是依赖中断来实现接收的，接收也是本文的重点。因此我们需要配置中断，打勾UART5 global interrupt即可
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到此为止，你可以生成代码了

串口收发信息

单单完成一个初始化只能直接使用信息的发送。如果要使用信息的接受，则需要在MX_UART5_Init();函数下面添加一个串口接收中断。
HAL_UART_Receive_IT这个函数的作用是，等待串口收到一个rx_data的数据，只要串口收到了rx_data大小的数据，就会触发一次串口回调的中断函数。这个中断函数，咱们后面再谈。
请注意“等待”这个词。意思是只要代码经过了这个函数，串口就会开启一次等待。等待的时候这个任务是挂起的，不会阻塞，因而不会影响到后续代码的执行。
中断回调函数里面写着我们用户自定义的代码，例如实现回显，或者解析数据流等等操作。

MX_UART5_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart5, &rx_data, sizeof(rx_data));
/* USER CODE END 2 */

这里rx_data定义在usart.c中，并extern出来。这个头文件是cube自动生成的，可以在User里面直接找到

/* USER CODE BEGIN Includes */
extern uint8_t rx_data;
/* USER CODE END Includes */

另外，为了使用printf，我们在usart.c里面添加fputc函数。这个函数在stdio.c中，是一个弱定义。因此要记得在usart.c中引用这个头文件"stdio.h"

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "stdio.h"
uint8_t rx_data;
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart5, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
  return ch;
}
/* USER CODE END 0 */

值得注意的是，如果你要使用printf，你就必须要勾选这个UseMicroLIB的选项，否则printf将无法正常使用。
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接下来，我们分别使用HAL_UART_Transmit和printf来实现串口消息打印。
这里值得注意的是，HAL_UART_Transmit在HAL库中有两种，它们的函数原型如下

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

它们的区别在于阻塞和非阻塞。换言之，就是没有IT的会有一个Timeout变量，只要经过了这么长时间，还是没有发送成功，那么单片机就不会因为这个任务毁了整个流程，过了Timeout时长，就不会继续卡住了。
HAL_UART_Transmit_IT则不然，只要信息发送成功，他就会来一个串口中断。但是没啥卵用。我们一般将串口中断用在接收中。
因此我们会喜欢去使用阻塞发送，非阻塞接收
我们用如下代码实现串口消息发送

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  const uint8_t test_word[20]="hello!";
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_UART5_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_UART_Receive_IT(&huart5, &rx_data, sizeof(rx_data));

  HAL_UART_Transmit(&huart5, test_word, sizeof(test_word), 1000);
  printf("good!");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_1);
    HAL_Delay(500);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

测试结果毫无问题
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接着测试串口接收。
找到stm32f4xx_it.c，划到最后面，添加这一段函数。不要忘记在这个c文件的前面引用#include "usart.h"

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){  
  if(huart==&huart5){
    printf("%c\n",rx_data);
    HAL_UART_Receive_IT(&huart5, &rx_data, sizeof(rx_data));
  }
}
/* USER CODE END 1 */

为啥这样做就好了？HAL_UART_RxCpltCallback在HAL库中是一个弱定义，这里需要用户去具体实现。串口最终会调用这个中断服务函数。那么要怎么知道具体是哪个串口的中断服务函数？只需要加一个if作为判断即可，写法就类似于if(huart==&huart5)
其中rx_data就是接收到的数据。注意，接受完数据后，如果要持续接收数据，那就必须要继续使用HAL_UART_Receive_IT(&huart5, &rx_data, sizeof(rx_data));
这样，即使你在串口助手里面输入一堆字符串，它也会一个一个处理，一个一个显示出来。因为你的每一个字符都会触发一次中断回调函数。
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