【第1期】串口1和串口2驱动调试完成

好的，编写STM32的串口程序是入门和项目开发中最常见的任务之一。下面我将为您提供一个从零开始、非常详细的教程，包含两种最主流的方法：使用HAL库 和 使用LL库，并以轮询和中断两种方式为例。

我们以最常见的场景 UART1 为例，实现发送和接收功能。

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准备工作

1. 硬件： 一块STM32开发板（如STM32F103C8T6最小系统板），USB转TTL串口模块（如CH340、CP2102）。
2. 软件： STM32CubeIDE（它集成了STM32CubeMX和代码编辑、编译功能，是ST官方推荐的工具）。
3. 连接：
   • 将开发板的 UART1_TX (通常是PA9) 连接到USB转TTL模块的 RX。
   • 将开发板的 UART1_RX (通常是PA10) 连接到USB转TTL模块的 TX。
   • 共地！ 将开发板的 GND 与USB转TTL模块的 GND 连接。

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方法一：使用STM32CubeIDE和HAL库（最推荐，最快）

HAL库抽象程度高，代码可移植性好，适合快速开发。

步骤1：创建工程并配置时钟

1. 打开STM32CubeIDE，新建一个工程，选择你的MCU型号（例如STM32F103C8Tx）。
2. 在图形化配置界面（Pinout & Configuration）中：
   • 在左侧System Core -> SYS中，将Debug选为Serial Wire（如果要用ST-Link调试）。
   • 在RCC中，将High Speed Clock (HSE) 选为Crystal/Ceramic Resonator（使用外部高速晶振）。

步骤2：配置UART引脚和参数

1. 在左侧Connectivity -> USART1中：
   • 将Mode设置为 Asynchronous（异步模式）。
   • 此时，右边的芯片图上PA9和PA10会自动被设置为USART1_TX和USART1_RX。
2. 在下方Parameter Settings中配置串口参数：
   • Baud Rate: 115200 （常用波特率）
   • Word Length: 8 Bits （数据位）
   • Parity: None （校验位）
   • Stop Bits: 1 （停止位）
   • Over Sampling: 16 Samples （默认）
   • 其他保持默认。

步骤3：生成代码

1. 点击右上角的"GENERATE CODE"按钮。
2. STM32CubeIDE会自动生成一个完整的MDK/IDE/IAR等工具链的项目代码。

步骤4：编写用户代码

生成的代码中，你的用户代码应该写在/* USER CODE BEGIN ... */ 和 /* USER CODE END ... */ 之间，以防止下次重新生成代码时被覆盖。

示例1：轮询方式发送 + 中断方式接收（最常用）

我们实现一个回声（Echo） 功能：单片机收到一个字节，就原样发回给电脑。

1. 首先开启接收中断：

   • 在main.c的/* USER CODE BEGIN 2 */部分，启动UART的接收中断。

   /* USER CODE BEGIN 2 */
   // 启动UART1的接收中断
   // 参数1: UART句柄， 参数2: 存放接收数据的缓冲区， 参数3: 接收的数据量（1字节）
   HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1);
   /* USER CODE END 2 */
   

2. 定义全局变量：

   • 在/* USER CODE BEGIN PV */部分，定义接收缓冲区。

   /* USER CODE BEGIN PV */
   uint8_t rx_data; // 用于存放接收到的1个字节
   /* USER CODE END PV */
   

3. 重写接收中断回调函数：

   • 在main.c文件的末尾，/* USER CODE BEGIN 4 */部分，重写HAL库的UART接收完成中断回调函数。当收到一个字节后，这个函数会被自动调用。

   /* USER CODE BEGIN 4 */
   // UART接收完成中断回调函数
   void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   {
     // 判断是否是UART1触发的中断
     if (huart->Instance == USART1)
     {
       // 1. 将收到的字节原样发送回去（轮询方式发送）
       HAL_UART_Transmit(&huart1, &rx_data, 1, 1000); // 超时时间1000ms
   
       // 2. ！！！重要：重新启动接收中断，以等待下一个字节 ！！！
       HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1);
     }
   }
   /* USER CODE END 4 */
   

代码解释：

• HAL_UART_Receive_IT(...): 启动一次中断接收，设置好接收缓冲区和长度后，UART硬件会在收到数据时自动产生中断，并将数据存入缓冲区，然后调用回调函数。
• HAL_UART_RxCpltCallback: 这是一个弱定义函数，我们重写它来加入自己的逻辑。在这里，我们简单地回传收到的数据。
• 必须重新启动接收中断：因为HAL库的中断接收是一次性的，每次完成后都需要重新启动才能进行下一次接收。

示例2：轮询方式发送和接收（简单，但会阻塞）

/* USER CODE BEGIN 2 */
uint8_t tx_buffer[] = "Hello World!\r\n"; // 要发送的数据
uint8_t rx_buffer[10]; // 接收缓冲区

// 轮询发送字符串
HAL_UART_Transmit(&huart1, tx_buffer, sizeof(tx_buffer) - 1, 1000);

// 轮询接收10个字节（程序会停在这里，直到收到10个字节或超时）
HAL_UART_Receive(&huart1, rx_buffer, 10, 1000);

// 将接收到的10个字节再发送回去
HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, 10, 1000);
/* USER CODE END 2 */

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方法二：使用LL库（更接近底层，效率更高）

LL库提供了对寄存器的直接操作，代码量小，运行效率高，但需要开发者对寄存器有更多了解。

步骤1&2：工程配置

与HAL库步骤相同，但在Project Manager -> Advanced Settings中，将USART1的API全部改为LL。

步骤3：编写LL库代码

同样实现Echo功能。

1. 开启中断并编写中断服务函数：

   • 在main.c的/* USER CODE BEGIN 2 */部分，使能UART接收中断。

   /* USER CODE BEGIN 2 */
   // LL库：使能UART1的接收寄存器非空中断
   LL_USART_EnableIT_RXNE(USART1);
   /* USER CODE END 2 */
   

2. 编写中断服务函数：

   • 在stm32f1xx_it.c文件中，找到USART1_IRQHandler函数。

   // 在 stm32f1xx_it.c 文件中
   void USART1_IRQHandler(void)
   {
     /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
     // 检查是否是"接收寄存器非空"中断标志
     if(LL_USART_IsActiveFlag_RXNE(USART1))
     {
       // 读取接收到的数据（这个操作会自动清除RXNE标志）
       uint8_t rx_data = LL_USART_ReceiveData8(USART1);
   
       // 等待发送寄存器为空，确保可以发送新数据
       while(!LL_USART_IsActiveFlag_TXE(USART1));
   
       // 将收到的数据发送回去
       LL_USART_TransmitData8(USART1, rx_data);
     }
     /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
     // ... 其他代码
   }
   

LL库代码解释：

• LL_USART_EnableIT_RXNE: 使能"接收寄存器非空"中断。当UART收到数据后，状态寄存器的RXNE位会置1，并产生中断。
• LL_USART_IsActiveFlag_RXNE: 在中断服务函数中检查是否是接收中断。
• LL_USART_ReceiveData8: 读取接收到的数据，读取后硬件会自动清除RXNE标志。
• LL_USART_IsActiveFlag_TXE 和 LL_USART_TransmitData8: 检查发送寄存器是否为空，然后写入要发送的数据。

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测试与调试

1. 编译并下载程序到STM32开发板。
2. 连接串口模块到电脑。
3. 在电脑上打开串口调试助手（如Putty、SecureCRT、或者STM32CubeIDE自带的串口监视器）。
4. 选择正确的COM口，设置波特率为115200，8N1。
5. 在串口调试助手的发送框中输入任意字符，点击发送，你应该能看到对方立即回复同样的字符。这就是Echo功能。

总结与关键点

特性	HAL库	LL库
易用性	高，函数抽象好，逻辑清晰	中，需要了解寄存器
效率/代码大小	较低，代码较大	高，代码精简
可移植性	好，在不同STM32系列间移植容易	一般，与系列相关性高
推荐场景	快速原型开发、初学者、复杂应用	对性能和资源有严格要求的项目

关键注意事项：

• 中断 vs 轮询：中断方式不阻塞主程序，是实际项目中的首选。轮询方式简单，但会浪费CPU时间。
• 重入中断：使用HAL库中断接收时，务必在回调函数中重新启动接收。
• 缓冲区管理：上面的例子是单字节收发。如果处理不定长数据，需要设计环形缓冲区，并结合空闲中断（IDLE） 来判定一帧数据接收完成。HAL库提供了HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT函数来处理这种情况。
• 引脚复用：确保你的UART引脚没有和其他功能（如USB）冲突。

通过以上步骤，你应该可以成功编写并运行你的第一个STM32串口程序。从简单的Echo开始，逐步尝试更复杂的功能，如解析指令、传输数据包等。