STM32利用HAL库中断方式进行串口通信

最新推荐文章于 2025-06-28 13:17:42 发布

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一、引言

在嵌入式系统开发中，串口通信是一种常见且重要的通信方式，它可以实现微控制器与外部设备（如计算机、传感器等）之间的数据传输。STM32系列微控制器以其高性能、低功耗等特点被广泛应用，而HAL（Hardware Abstraction Layer）库则为开发者提供了一种简单、高效的方式来操作STM32的硬件资源。本文将详细介绍如何使用STM32的HAL库以中断方式实现串口通信。

二、串口通信原理

串口通信是一种按位顺序传输数据的通信方式，分为同步和异步两种类型。在异步串口通信中，数据的发送和接收双方不需要使用共同的时钟信号，而是通过起始位、数据位、校验位和停止位来实现数据的同步。

2.1 数据帧格式

起始位：标志着一帧数据的开始，通常为低电平。
数据位：要传输的数据，常见的有 5、6、7、8 位。
校验位：用于检测数据传输过程中是否发生错误，有奇校验、偶校验和无校验等方式。
停止位：标志着一帧数据的结束，通常为高电平，有 1 位、1.5 位或 2 位。

2.2 通信速率

串口通信的速率用波特率来表示，即每秒传输的比特数。常见的波特率有 9600、115200 等。

三、硬件连接

以 STM32F103C8T6 为例，使用 USART1 进行串口通信。硬件连接如下：

TX（发送端）：连接到外部设备的 RX（接收端）。
RX（接收端）：连接到外部设备的 TX（发送端）。
GND（接地）：与外部设备的 GND 相连，确保共地。

四、HAL 库配置

4.1 时钟配置

首先，需要配置系统时钟和串口时钟。在 CubeMX 中，选择合适的外部晶振，配置系统时钟为 72MHz，并使能 USART1 的时钟。

4.2 串口配置

在 CubeMX 的“Pinout & Configuration”选项卡中，选择 USART1，将其模式设置为“Asynchronous”（异步模式），并配置波特率、数据位、校验位和停止位等参数。例如，波特率设置为 115200，数据位为 8 位，无校验位，停止位为 1 位。

4.3 中断配置

在 CubeMX 中，使能 USART1 的接收中断。在“NVIC Settings”选项卡中，勾选“USART1 global interrupt”，并设置中断优先级。

五、代码实现

5.1 生成代码

完成 CubeMX 的配置后，生成代码并导入到 Keil 或其他开发环境中。

5.2 主函数代码

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

#define BUFFER_SIZE 256
uint8_t rx_buffer[BUFFER_SIZE];
uint8_t rx_index = 0;

void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  // 开启串口接收中断
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_buffer[rx_index], 1);

  while (1)
  {
    // 主循环可以处理其他任务
  }
}

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();
  }
}

5.3 中断处理函数

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if (huart->Instance == USART1)
  {
    // 处理接收到的数据
    if (rx_index < BUFFER_SIZE - 1)
    {
      rx_index++;
      // 继续开启下一次接收中断
      HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_buffer[rx_index], 1);
    }
    else
    {
      // 缓冲区已满，可进行相应处理
      rx_index = 0;
      HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_buffer[rx_index], 1);
    }
  }
}

5.4 发送数据函数

void send_data(const char *data)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)data, strlen(data), HAL_MAX_DELAY);
}

六、代码解释

6.1 主函数

在主函数中，首先进行系统初始化，包括 HAL 库初始化、系统时钟配置、GPIO 初始化和串口初始化。然后调用 HAL_UART_Receive_IT 函数开启串口接收中断，使能串口接收一个字节的数据，并在接收到数据后触发中断。

6.2 中断处理函数

HAL_UART_RxCpltCallback 是 HAL 库提供的串口接收完成回调函数。当接收到一个字节的数据后，会自动调用该函数。在函数中，首先判断是否是 USART1 产生的中断，然后将接收到的数据存储到缓冲区中，并更新缓冲区索引。如果缓冲区未满，则继续开启下一次接收中断；如果缓冲区已满，则清空缓冲区并重新开始接收。