代码收藏家 使用STM32 HAL库实现串口通信的中断和DMA控制
一.何为串口通信协议
串口通信指两个或两个以上的设备使用串口按位（bit）发送和接收字节。可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。 串口通信协议就是串口通讯时共同遵循的协议。 协议的内容是每一个bit 所代表的意义。 常用的串口通信协议 有以下几种
1 . RS-232（ANSI/EIA-232标准） 只支持 点对点， 最大距离 50英尺。最大速度为128000bit/s， 距离越远 速度越慢。 支持全双工（发送同时也可接收）。
2 . RS-422（EIA RS-422-AStandard），支持点对多一条平衡总线上连接最多10个接收器 将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（约1219米），所以在100kbps速率以内，传输距离最大。支持全双工（发送同时也可接收）。
3 .RS-485（EIA-485标准）是RS-422的改进， 支持多对多（2线连接），从10个增加到32个，可以用超过4000英尺的线进行串行通行。速率最大10Mbps。支持全双工（发送同时也可接收）。2线连接时 是半双工状态。
二.RS-232
RS-232标准接口（又称EIA RS-232）是常用的串行通信接口标准之一，它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定，其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。
三.TTL电平与RS232电平的区别
什么是TTL电平、RS232电平？它们有什么区别呢？
（一）、TTL电平标准
输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。
输入 L： <1.2V ； H：>2.0V
TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有(0.8-0)/2=0.4V，高电平的噪声容限为(5-2.4)/2=1.3V。
（二）、RS232标准
在TXD和RXD数据线上：
（1）逻辑1为-3~-15V的电压
（2）逻辑0为3~15V的电压
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
（1）信号有效（ON状态）为3~15V的电压
（2）信号无效（OFF状态）为-3~-15V的电压
这是由通信协议RS-232规定的。
RS-232：标准串口，最常用的一种串行通讯接口。有三种类型(A,B和C)，它们分别采用不同的电压来表示on和off。最被广泛使用的是RS-232C，它将mark(on)比特的电压定义为-3V到-12V之间，而将space(off)的电压定义到+3V到+12V之间。传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。
四、了解“USB/TTL转232“模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。
CH340 是一个USB 总线的转接芯片，实现USB 转串口、USB 转IrDA 红外或者USB 转打印口。为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，RS-232标准使用-15V 表示逻辑 1， +15V 表示逻辑 0。常常会使用 MH340芯片对 USB/TTL与RS-232电平的信号进行转换。
CH340模块介绍：
CH340电路与实物图：
五、利用HAL库新建一个中断控制串口通信的工程
（1）打开STM32CubeMX，在主界面点击：ACCESS TO MCU SELECTOR:
（2）选择的单片机型号以及点击开始工程项目：
（3）配置GPIO：PA0。如果仅仅是完成串口通信的话，这一步可以跳过。但是根据实验要求，为了区分串口通信的开启与关闭，要使用一个LED灯来显示。当串口通信开启（STM32向电脑发送信息）的时候，LED灯亮，当串口通信关闭（STM32停止向电脑发送消息）的时候，LED灯灭。
（4）配置USART1，我们使用USART1进行数据传输。在这个界面按下图进行配置。我们对USART1的配置要做的只有两件事：一是选择串口工作模式为异步，二是开启USART1全局中断
（5）进入Project Manager(工程管理)，进行工程设置点击生成工程与代码：
注意：路径不能包含中文和空格，不然生成的工程文件无法在Keil中打开；
六、完善通过中断方式控制串口通信的keil5工程
回到main.c文件中，详细编写主要代码：
（1：设置接收中断，函数原型简介：
HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名
huart1 *pData 接收到的数据存放地址
Size 接收的字节数
main里面的while(1)替换为如下信息接收与发送处理代码：
if(flag==0)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);
}
else if(flag==1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);
uint8_t hello[20]="hello windows!\n";
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,hello,20);
HAL_Delay(600);
}
在main函数下面重写中断处理函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
//当输入的指令为“stop!"时,发送提示并改变flag=0
if(strEqual(rcData,"stop!"))
{
flag=0;
}
//当输入的指令为"start"时,发送提示并改变flag=1
else if(strEqual(rcData,"start"))
{
flag=1;
}
//重新设置中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t*)rcData,5);
}
完善之后的main.c的全部代码编写如下所示：
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
* in the root directory of this software component.
* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
int strEqual(char rcData[6],char rcData2[6]){
for(uint8_t i = 0 ; i < 6 ; i++){
if (rcData[i] != rcData2[i]) return 0;
}
return 1;
}
char rcData[6] = "start";
uint8_t flag=1;
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t*)rcData,5);
while (1)
{
if(flag==0)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);
}
else if(flag==1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);
uint8_t hello[20]="hello windows!\n";
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,hello,20);
HAL_Delay(600);
}
}
}
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
//当输入的指令为“stop!"时,发送提示并改变flag=0
if(strEqual(rcData,"stop!"))
{
flag=0;
}
//当输入的指令为"start"时,发送提示并改变flag=1
else if(strEqual(rcData,"start"))
{
flag=1;
}
//重新设置中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t*)rcData,5);
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
__disable_irq();
while (1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
七、1、电路连接：
USB转TTL与STM32的连接，参考下图：
点击FLYMCU的开始编程（P），接着马上点击STM32最小系统板子的复位键即可完成烧录：
第一步：
烧录成功示意图：
运行结果演示：
打开串口，并且同时点击STM32最小系统板子的复位键即可开始运行：
注：输入“start”：让STM32单片机继续向电脑发送信息；
输入“stop!”：让STM32单片机停止向电脑发送消息 ；
dma
八、基于中断控制串口通信的keil5仿真调试
1、进入keil5仿真：
（1）点击第一步，Target界面中，选择跟正确的晶振大小，使用8MHz的外部晶振：
（2）接着进行Debug页的设置：
（3）点击图示圈住的地方进入仿真调试界面：
（4）选择逻辑分析仪：
（5）点击Setup设置添加要进行观察的引脚波形信息：
波形信息配置：添加波形信息的时候，如果自己选择的串口配置的是USART1，就在添加信息里面输入：USART1_RS;
仿真结果：
九、利用HAL库新建一个DMA控制串口通信的工程
1.设置RCC
2.设置USART1
选择异步通信
参数选择默认
使能串口
添加两个通道
3.创建项目
3、完善keil5工程代码：
（1）在main.c文件中，详细编写主要代码：
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
//当输入的指令为“stop!"时,发送提示并改变flag=0
if(strEqual(rx_buf,"stop!"))
{
flag=0;
}
//当输入的指令为"start"时,发送提示并改变flag=1
else if(strEqual(rx_buf,"start"))
{
flag=1;
}
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,(uint8_t*)rx_buf,5);
}
(2)完善之后的main.c的全部代码编写如下所示：
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
* in the root directory of this software component.
* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
uint8_t flag=1;
uint8_t rx_buf[6];//接收串口数据存放的数组
int strEqual(char rcData[6],char rcData2[6])
{
for(uint8_t i = 0 ; i < 6 ; i++){
if (rcData[i] != rcData2[i]) return 0;
}
return 1;
}
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
//当输入的指令为“stop!"时,发送提示并改变flag=0
if(strEqual(rx_buf,"stop!"))
{
flag=0;
}
//当输入的指令为"start"时,发送提示并改变flag=1
else if(strEqual(rx_buf,"start"))
{
flag=1;
}
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,(uint8_t*)rx_buf,5);
}
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
HAL_Init();
uint8_t message[] = "hello windows!\n"; //定义数据发送数组
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_USART1_UART_Init();
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,(uint8_t*)rx_buf,5);//设置DMA接收到的数据存放在rx_buf中
while (1)
{
if(flag==1)
{
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)message, sizeof(message));
HAL_Delay(600);
}
}
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
__disable_irq();
while (1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
十、基于DMA方式控制串口通信的电路连接与烧录运行
运行结果演示：
打开串口，并且同时点击STM32最小系统板子的复位键即可开始运行：
注：输入“start”：让STM32单片机继续向电脑发送信息；
输入“stop!”：让STM32单片机停止向电脑发送消息 ；
dma
十一、基于DMA控制串口通信的keil5仿真调试
1、进入keil5仿真与开始仿真：
与之前一样
2、仿真结果演示：
总结：
虽然在实验中遇到了很多问题，但通过同学的指导最后也是完成了这次的实验。
作者：我是麻瓜387
