一、USART簡介

通用同步異步收發(fā)器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter）是一個串行通信設(shè)備，可以靈活地與外部設(shè)備進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)交換。有別于 USART 還有一個 UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）烟很，它是在 USART 基礎(chǔ)上裁剪掉了同步通信功能，只有異步通信。簡單區(qū)分同步和異步就是看通信時需不需要對外提供時鐘輸出灵嫌，我們平時用的串口通信基本都是 UART。

串行通信一般是以幀格式傳輸數(shù)據(jù)葛作，即是一幀一幀的傳輸寿羞，每幀包含有起始信號、數(shù)據(jù)信息赂蠢、停止信息绪穆，可能還有校驗信息。USART 就是對這些傳輸參數(shù)有具體規(guī)定，當(dāng)然也不是只有唯一一個參數(shù)值玖院，很多參數(shù)值都可以自定義設(shè)置菠红，只是增強它的兼容性。

USART 滿足外部設(shè)備對工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NRZ 異步串行數(shù)據(jù)格式的要求难菌，并且使用了小數(shù)波特率發(fā)生器试溯，可以提供多種波特率，使得它的應(yīng)用更加廣泛郊酒。USART 支持同步單向通信和半雙工單線通信遇绞；還支持局域互連網(wǎng)絡(luò) LIN、智能卡(SmartCard)協(xié)議與 lrDA(紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會) SIR ENDEC 規(guī)范燎窘。

USART 在 STM32 應(yīng)用最多莫過于“打印”程序信息摹闽，一般在硬件設(shè)計時都會預(yù)留一個 USART 通信接口連接電腦，用于在調(diào)試程序是可以把一些調(diào)試信息“打印”在電腦端的串口調(diào)試助手工具上褐健，從而了解程序運行是否正確付鹿、如果出錯哪具體哪里出錯等等。

二铝量、引腳分布

STM32F103VET6 系統(tǒng)控制器有三個 USART 和兩個 UART倘屹，其中 USART1 和時鐘來源于 APB2 總線時鐘，其最大頻率為 72MHz慢叨，其他四個的時鐘來源于 APB1 總線時鐘纽匙，其最大頻率為 36MHz。UART 只是異步傳輸功能拍谐，所以沒有 SCLK烛缔、nCTS 和 nRTS 功能引腳。

三轩拨、中斷控制

四践瓷、新建工程

1. 打開 STM32CubeMX 軟件，點擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3. 配置時鐘
RCC 設(shè)置亡蓉，選擇 HSE(外部高速時鐘) 為 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷諧振器)

4. 配置調(diào)試模式
非常重要的一步淋肾，否則會造成第一次燒錄程序后續(xù)無法識別調(diào)試器
SYS 設(shè)置，選擇 Debug 為 Serial Wire

五爸邢、USART1

5.1 參數(shù)配置

在 Connectivity 中選擇 USART1 設(shè)置樊卓，并選擇 Asynchronous 異步通信

5.2 配置NVIC

使能串口接收中斷

5.3 生成代碼

輸入項目名和項目路徑

5.4 printf重定向

microlib 進(jìn)行了高度優(yōu)化以使代碼變得很小。它的功能比缺省 C 庫少颈走，并且根本不具備某些 ISO C 特性膳灶。 某些庫函數(shù)的運行速度也比較慢，如果要使用printf()立由，必須開啟。

在 main.c 中添加如下頭文件和函數(shù)

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * @brief 重定向c庫函數(shù)printf到USARTx
  * @retval None
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}
 
/**
  * @brief 重定向c庫函數(shù)getchar,scanf到USARTx
  * @retval None
  */
int fgetc(FILE *f)
{
    uint8_t ch = 0;
    HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

5.5 修改中斷回調(diào)函數(shù)

打開 stm32f1xx_it.c 中斷服務(wù)函數(shù)文件序厉，找到 USART1 中斷的服務(wù)函數(shù) USART1_IRQHandler()
中斷服務(wù)函數(shù)里面就調(diào)用了串口中斷處理函數(shù) HAL_UART_IRQHandler()

打開 stm32f1xx_hal_uart.c 文件锐膜，找到定時器中斷處理函數(shù)原型 HAL_TIM_IRQHandler()，其主要作用就是判斷是哪個串口產(chǎn)生中斷弛房，清除中斷標(biāo)識位道盏，然后調(diào)用中斷回調(diào)函數(shù) HAL_UART_RxCpltCallback()。

/* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
*/
這個函數(shù)不應(yīng)該被改變文捶，如果需要使用回調(diào)函數(shù)荷逞，請重新在用戶文件中實現(xiàn)該函數(shù)。

HAL_UART_RxCpltCallback() 按照官方提示我們應(yīng)該再次定義該函數(shù)粹排，__weak 是一個弱化標(biāo)識种远，帶有這個的函數(shù)就是一個弱化函數(shù)，就是你可以在其他地方寫一個名稱和參數(shù)都一模一樣的函數(shù)顽耳，編譯器就會忽略這一個函數(shù)坠敷，而去執(zhí)行你寫的那個函數(shù)；而 UNUSED(huart) 射富，這就是一個防報錯的定義膝迎，當(dāng)傳進(jìn)來的串口號沒有做任何處理的時候，編譯器也不會報出警告胰耗。其實我們在開發(fā)的時候已經(jīng)不需要去理會中斷服務(wù)函數(shù)了限次，只需要找到這個中斷回調(diào)函數(shù)并將其重寫即可而這個回調(diào)函數(shù)還有一點非常便利的地方這里沒有體現(xiàn)出來，就是當(dāng)同時有多個中斷使能的時候柴灯，STM32CubeMX會自動地將幾個中斷的服務(wù)函數(shù)規(guī)整到一起并調(diào)用一個回調(diào)函數(shù)卖漫，也就是無論幾個中斷，我們只需要重寫一個回調(diào)函并判斷傳進(jìn)來的定時器號即可弛槐。

接下來我們就在 stm32f1xx_it.c 這個文件的最下面添加 HAL_UART_RxCpltCallback()

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1, 0xffff);
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
    }
}
/* USER CODE END 1 */

5.6 添加全局變量

在 main.c 頭部添加全局變量 Buffer

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t Buffer[1];
/* USER CODE END PV */

在 stm32f1xx_it.c 頭部聲明全局變量 Buffer

/* External variables --------------------------------------------------------*/
extern UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN EV */
extern uint8_t Buffer[1];
/* USER CODE END EV */

5.7 添加串口接收中斷啟動函數(shù)

在 main.c 中懊亡，while 循環(huán)前，串口初始化后乎串，添加接收中斷開啟函數(shù)店枣，這樣在第一次接收到數(shù)據(jù)的時候才會觸發(fā)中斷速警。

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* 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_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

5.8 HAL庫與標(biāo)準(zhǔn)庫代碼比較

STM32CubeMX 使用 HAL 庫生成的代碼：

uint8_t Buffer[1];

/**
  * @brief USART1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */

  /* USER CODE END USART1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */

  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */

  /* USER CODE END USART1_Init 2 */
}

/**
  * @brief This function handles USART1 global interrupt.
  */
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 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1, 0xffff);
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
    }
}

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);

使用 STM32 標(biāo)準(zhǔn)庫的代碼：

 /**
  * @brief  USART GPIO 配置,工作參數(shù)配置
  * @param  無
  * @retval 無
  */
void USART_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    // 打開串口GPIO的時鐘
    DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
    
    // 打開串口外設(shè)的時鐘
    DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);

    // 將USART Tx的GPIO配置為推挽復(fù)用模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  // 將USART Rx的GPIO配置為浮空輸入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置串口的工作參數(shù)
    // 配置波特率
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
    // 配置 針數(shù)據(jù)字長
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    // 配置停止位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    // 配置校驗位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    // 配置硬件流控制
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = 
    USART_HardwareFlowControl_None;
    // 配置工作模式，收發(fā)一起
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    // 完成串口的初始化配置
    USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
    
    // 串口中斷優(yōu)先級配置
    NVIC_Configuration();
    
    // 使能串口接收中斷
    USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);    
    
    // 使能串口
    USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);        
}

/**
  * @brief  配置嵌套向量中斷控制器NVIC
  * @param  無
  * @retval 無
  */
static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* 嵌套向量中斷控制器組選擇 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  
  /* 配置USART為中斷源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
  /* 搶斷優(yōu)先級*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  /* 子優(yōu)先級 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  /* 使能中斷 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* 初始化配置NVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 串口中斷服務(wù)函數(shù)
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
  uint8_t ucTemp;
    if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET)
    {       
        ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
        USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp);    
    }    
}

MX_USART1_UART_Init(); 對應(yīng) USART_Config();NVIC_Configuration();
HAL_UART_Init(&huart1) 對應(yīng) USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure)
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1); 對應(yīng) USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);

六鸯两、注意事項

用戶代碼要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之間闷旧，否則下次使用 STM32CubeMX 重新生成代碼后，會被刪除钧唐。

? 由 Leung 寫于 2021 年 1 月 15 日

? 參考：STM32CubeMX系列教程5:串行通信(USART)
　　　　STM32CubeMX實戰(zhàn)教程（六）——串口通信（為啥你的中文會亂碼）
　　　　《嵌入式-STM32開發(fā)指南》第二部分 基礎(chǔ)篇 - 第6章串口通信（HAL庫）
　　　　【STM32Cube_07】使用USART發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（中斷模式）