STM32CubeMX 串行通信(USART)

本章以串口為例講解，HAL 庫輪詢，中斷，DMA 三種編程模型。

1.前情回顧

       在串行通信中，一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳輸，並且傳輸一個字符時，總是以“起始位”開始，以“停止位”結束。在進行傳輸之前，雙方一定要使用同一個波特率設置。波特率就是每秒鐘傳輸的數據位數。

       常用的兩種基本串行通信方式包括同步通信和異步通信。我們通常使用的是異步通信.異步通信規定傳輸的數據格式由起始位（start bit）、數據位（data bit）、奇偶校驗位（parity bit）和停止位（stop bit）組成。

2.重定義printf函數。

        打開STM32CubeMX新建工程，選擇STMF746IGT6芯片，選擇外部高速晶振（HSE）。USART1選擇為異步通信方式。PA10設置RX接收，PA9設置為TX發送。

配置時鐘系統時鐘為216MHz，STMF746可以單獨配置USART時鐘，默認為108Mhz。

串口配置設置波特率為115200 Bits/s。傳輸數據長度為8 Bit。奇偶檢驗無，停止位1.其他參數默認。

        生成報告以及代碼，編譯程序。在usart.c文件中可看到串口1的初始化函數MX_USART1_UART_Init(void)，以及管腳配置函數HAL_UART_MspInit() 。

        C語言中的標準庫中所用的標準輸出函數，默認的輸出設備是顯示器，要實現串口或LCD的輸出，必須重新定義標準庫函數里與輸出函數相關的函數。例如:printf輸出到串口，需要將fputc裡面的輸出指向串口(重定向),方法如下:只要自己添加一個int fputc(int ch, FILE *f)函數，能夠輸出字符就可以了。

        在usart.c文件後面添加如下代碼，代碼中添加了#ifdef宏定義進行條件編譯，如果使用GUNC編譯，則PUTCHAR_PROTOTYPE定義為int __io_putchar(int ch)函数，否则定义为int fputc(int ch, FILE *f)函数。

01	/* USER CODE BEGIN 1 */

02	#ifdef __GNUC__

03	/* With GCC/RAISONANCE, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf

04	set to 'Yes') calls __io_putchar() */

05	#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)

06

#else

07	#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)

08	#endif /* __GNUC__ */

09

/**

10	* @brief  Retargets the C library printf function to the USART.

11	* @param  None

12	* @retval None

13

*/

14	PUTCHAR_PROTOTYPE

15

{

16	/* Place your implementation of fputc here */

17	/* e.g. write a character to the EVAL_COM1 and Loop until the end of transmission */

18	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);

19

20	return ch;

21

}

22	/* USER CODE END 1 */

其中HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);這個語句表示通過串口1發個一個字符。ch為字符的存儲地址，0xFFFF為超時時間。在stm32f7xx_hal_uart.c文件中可以找到HAL_UART_Transmit函數。

在main.c文件中添加應用函數。

01	/* USER CODE BEGIN 2 */

02	printf("\n\r UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART\n\r");

03	/* USER CODE END 2 */

04

05	/* Infinite loop */

06	/* USER CODE BEGIN WHILE */

07

while (1)

08

{

09	/* USER CODE END WHILE */

10

11	/* USER CODE BEGIN 3 */

12	printf("\n\r welcome to www.waveshere.com !!!\n\r");

13	HAL_Delay(1000);

14

}

15	/* USER CODE END 3 */

編譯程序並下載到開發板。用USB線連接開發板到電腦，在電腦上打開串口調試助手。選擇對應的串口號，設置波特率為115200。按下復位按鍵會接收到如圖信息。

打開stm32f7xx_hal_uart.h頭文件，在文件後最後面可以看到有如下操作串口的函數。

串口的發送接收函數：

HAL_UART_Transmit();串口輪詢模式發送,使用超時管理機制。

HAL_UART_Receive();串口輪詢模式發送,使用超時管理機制。

HAL_UART_Transmit_IT();串口中斷模式發送，

HAL_UART_Receive_IT();串口中斷模式發送

HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式發送

HAL_UART_Receive_DMA();串口DMA模式發送

串口相關的中斷函數:

HAL_UART_TxHalfCpltCallback():一半數據(half transfer)發送完成後，通過中斷處理函數調用。

HAL_UART_TxCpltCallback():發送完成後，通過中斷處理函數調用。

HAL_UART_RxHalfCpltCallback():一半數據(half transfer)接收完成後，通過中斷處理函數調用。

HAL_UART_RxCpltCallback():接收完成後，通過中斷處理函數調用。

HAL_UART_ErrorCallback()：傳輸過程中出現錯誤時，通過中斷處理函數調用。

可看到串口發送和就是有三種通信模式：

       第一種是上面用到的輪詢的模式。CPU不斷查詢IO設備，如設備有請求則加以處理。例如CPU不斷查詢串口是否傳輸完成，如傳輸超過則返回超時錯誤。輪詢方式會佔用CPU處理時間，效率較低。

       第二種就是中斷控制方式。當I/O操作完成時，輸入輸出設備控制器通過中斷請求線向處理器發出中斷信號，處理器收到中斷信號之後，轉到中斷處理程序，對數據傳送工作進行相應的處理。

       第三種就是直接內存存取技術（ DMA）方式。所謂直接傳送，即在內存與IO設備間傳送一個數據塊的過程中，不需要CPU的任何中間干涉，只需要CPU在過程開始時向設備發出“傳送塊數據”的命令，然後通過中斷來得知過程是否結束和下次操作是否準備就緒。

3.中斷模式。

        打開STM32CubeMX重新建工程，配置和前面一樣。只是這個工程中，開啟了串口中斷。

生成報告以及代碼，編譯程序。在main函數前面添加兩個數組變量。

1	/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

2

3	/* USER CODE BEGIN PV */

4	/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

5	uint8_t aTxStartMessage[] = "\r\n****UART-Hyperterminal communication based on IT ****\r\nEnter 10 characters using keyboard :\r\n";

6

7	/* Buffer used for reception */

8	uint8_t aRxBuffer[20];

9	/* USER CODE END PV */




在main函数中添加两个语句通过串口中断发送aTxStartMessage数组的数据和接收数据10个字符，保存在数组aRxBuffer中。


1	/* USER CODE BEGIN 2 */

2	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)aTxStartMessage, sizeof(aTxStartMessage));

3	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)aRxBuffer, 10);

4	/* USER CODE END 2 */




在main.c文件后面添加中断接收完成回调函数。中断回调函数中将接收到的数据又通过串口发送回去。


01	/* USER CODE BEGIN 4 */

02

/**

03	* @brief Rx Transfer completed callbacks

04	* @param huart: uart handle

05	* @retval None

06

*/

07	void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

08

{

09	/* Prevent unused argument(s) compilation warning */

10	UNUSED(huart);

11

12	/* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,

13	the HAL_UART_RxCpltCallback can be implemented in the user file

14

*/

15	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)aRxBuffer, 10,0xFFFF);

16

}

17	/* USER CODE END 4 */

编译程序并下载到开发板。用USB线连接开发板到电脑，在电脑上打开串口调试助手。选择对应的串口号，设置波特率为115200。按下复位按键会接收到aTxStartMessage数组的数据。通过串口助手发送10个字符，串口助手回显示发送的数据。注意：串口要发够10个字符串，才会触发中断。少于10个字符则不会触发中断，串口不会显示发送的数据。超过10个字符，串口只会发送10个字符回来显示。 

資料來源:https://www.waveshare.net/study/article-644-1.html