STM32CubeMX5.1.0使用教程，以STM32L431为例（三）：串口通信

最新推荐文章于 2025-06-28 15:28:57 发布

笨笨木木

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文章标签： STM32CubeMX 软件教程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u013229188/article/details/90143577

本文深入解析STM32串口功能，涵盖UART、TTL、RS-232、RS-422、RS-485的区别，详细介绍STM32串口设置、串口发送、printf函数应用及串口中断接收的实现。

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写在前面

串口，说简单其实是个很简单的东西，但架不住涉及的东西比较多，STM32串口功能很强大，同步的，异步的，还有红外都集成了，还涉及很多概念，中断、DMA、DMA还有DMA中断。。。这里讲的东西说实在，还是很基础，而且受限于篇幅，这里写不说DMA，后面打算更一篇单独说DMA的

1 串口简介

串行通讯接口，简称串口。即数据在通信线上一次传输一位，按先后一定顺序传输。我们通常所说的单片机串口准确来说应该是串行异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART），使用TTL电平。常用两根数据线，即TXD和RXD，配合GND至少需要三根线即可进行通信。以下除特殊说明，串口均指代单片机UART串口

串口信息以数据线上的高低电平表示，高电平为1，低电平为0

图1 串口时序图

图1为数据线上典型时序图，数据线空闲时为高电平，以一位低电平最为起始（除特殊说明，串口大部分都是一位起始位），而后以先传输低位，再传输高位的方式发送数据位，最后以高电平为数据停止位（常用1位停止位，也有2位和1.5位等）。数据位长度此处为8位，但不一定是8位，也会有7位、9位等，有时也会包含有奇偶校验位（校验位实际上就是数据的最后一位，但通常不算在数据位里）。上图所示即我们常用的8位数据位，无校验，一位停止位的串口格式

最为异步通信接口，串口不具有时钟线，所以需要在通信双方设置数据位长度，即电平持续时间，其倒数为电平转换的频率，这一参数即为波特率（但注意，波特的概念并不是位的概念，此处按下不表）。例9600波特率即为电平改变频率为9600Hz，电平持续时间1/9600秒，则一秒最多传输9600/(1+8+1)=960个字节（不严谨，但差不多）

因串口发送数据线与接收数据线分离，其为全双工接口，串口最少使用三根线即可完成通讯，但除这三根线外还可以有硬件流控RTS、CTS等，我没用到过，具体我也不是很清楚

区分UART、TTL、RS-232、RS-422、RS-485

UART即使用TTL电平的串口，TTL是电平形式，通常低于0.8V为低电平，高于2.4V为高电平，不是协议格式，但我们有时也常说TTL串口，以区分RS-232串口

RS-232串口数据格式与上文介绍的UART串口基本一致，但是电平不一样，通常以-3V至-15V为逻辑1，3V-15V为逻辑0，与UART不可混接，有烧板子的风险

RS-422常用4线制和2线制，4线制发送和接收均有两根线，两根线上为差分信号，增加传输距离，全双工。2线制的两根线上为差分信号，同时只能做为发或者收，半双工

RS-485为422的改进版本，最少可用两根线通信，因为使用差分信号，不使用地线也可正常通信，但不建议，半双工

2 设置STM32串口

STM32有多种类型串口UART、USART、LPUART等，这些串口功能强大，我们现在仅讨论UART功能。在这里，我们选用USART的异步收发功能即UART功能

新建工程、时钟配置等操作请参考博客STM32CubeMX5.1.0使用教程，以STM32L431为例（二）：新建工程、时钟、gpio

如下图所示，点击左侧1处，在2处选择Asynchronous（异步），即出现3处，在3处我们可以设置数据位、波特率等参数，这里我们使用默认的，也是最常用的8位数据位，无校验，1位停止位，115200波特率。在2中选择完后，4处也会自动设置引脚功能。除PA9、PA10外，USART还可以设置为PB6和PB7，若有需要，仅需在响应引脚上左键并选择功能即可，系统会自动切换。

图2 Cube串口设置

设置好后，我们点击GENERATE CODE按钮，生成keil工程并打开

3 串口发送与printf函数

3.1 串口发送函数

Cube库的串口发送函数有三个，函数原型分别如下所示：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
    
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size)

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size)

三个函数的返回值均为硬件状态，通过对硬件状态的判断，可以得知硬件是否已准备好发送下一帧数据。第一个参数为串口结构体，用于指向指定串口号，第二个参数为需要发送数据的首地址，第三个参数为发送字节数。第一个原型还具有第四个参数，因其未使用中断或DMA，需要指定超时时间，单位为毫秒，经过超时时间发送未完成则终止发送。

当前，我们还未使用中断和DMA，则使用第一个函数原型进行串口发送测试。

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, "hello\r\n", 7, 1);
    HAL_Delay(1000);
    /* USER CODE END WHILE */

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

如上所示，在生成的main.c指定位置编写代码（包含有自动生成的代码，便于读者定位，以下所有代码均如此），这样在Cube重新生成工程后，自己编写的代码也不会被覆盖。编译，下载，打开串口助手即可收到约一秒一次的hello\r\n（\r\n为换行）数据。

3.2 printf函数

使用printf函数能够更加方便的通过串口发送数据。

首先，如图3所示，在项目选项中勾选Use Micro LIB选项

图3 勾选Use Micro LIB选项

printf函数会调用fputs函数，fputs函数为弱定义函数，即使用__weak修饰符修饰的函数，可通过自己编写函数定义覆盖原定义，我们在此处重写fputs函数。在usart.c中添加如下代码，同样，注意添加位置，避免重新生成工程后被覆盖

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include <stdio.h>
#ifdef __GNUC__
	#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
	#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
		HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
		return ch;
}
/* USER CODE END 0 */

__GNUC__宏定义标志是否实用的是GCC编译器，因函数原型与类型定义在stdio.h中声明，所以需包含该文件，这样，我们就能使用printf函数向串口发送数据了

添加完后，在main.c中添加如下编写如下两段代码

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

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
    printf("hello world\r\n");
    HAL_Delay(1000);
    /* USER CODE END WHILE */

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

编译，下载即可在串口助手收到熟悉的hello world

通常，我们接收串口数据会使用中断方式，所以这里不展开讲如何接受数据。下面在串口中断中将解如何使用中断方式接收串口数据。

4 串口中断

图4 串口中断设置

如图4所示设置串口中断，选中NVIC选项，而后勾选串口中断使能，3处可以更改串口中断的抢占优先级和子优先级。设置好后，再次点击GENERATE CODE按钮，重新生成keil工程并打开。此前自己编写的代码如果都是放在了指定位置上，那么重新生成代码并不会覆盖我们自己编写的代码

4.1 串口中断发送

将重定向的puts函数作如下更改，主函数不变

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
    HAL_UART_Transmit_IT(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1);
    return ch;
}

此处使用使用中断方式发送数据，编译，下载，观察串口助手输出，发现本应输出hello world结果，但仅输出了单个字符h，这是因为printf函数不断调用puts函数，第一个字符h正在发送中，HAL_UART_Transmit_IT便又一次被调用，该函数便将该字符丢弃并返回HAL_BUSY串口状态。通过这一返回值，我们对函数进行如下修改

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
		while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1)==HAL_BUSY);
		return ch;
}

此处while循环判断若返回值为正忙，则不断重新调用，保障数据均能正常发送。此时编译，下载即可观察到正确结果

4.2串口中断接收

串口接收函数同样有三个，函数原型分别如下所示

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size,uint32_t Timeout)

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size)

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size)

三个函数分别为不使用中断和DMA接收，使用中断方式接收，使用DMA方式接收。我们这里只讲中断方式，函数参数与发送一致，就不说了

当调用HAL_UART_Receive_IT后，函数便会使能串口接收中断，并等待接收Size个字节的数据，使用这种方式，函数并不会一直占用CPU时间，我们还可以继续进行其他操作。

那我们如何知道是否已经接收完成了呢？当Size个字节接收完后，中断将自动调用HAL_UART_RxCpltCallback函数，该函数也为若定义函数，我们可重写该函数。注意，当Size字节接收完后，串口接收中断会被自动关闭，需要再次调用HAL_UART_Receive_IT函数进行接收。

在main.c文件特定位置添加如下几段代码

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t RxBuffer[20];
uint8_t isRxDone = 0;
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, RxBuffer, 5);
/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
    if (isRxDone == 1)
    {
        HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, RxBuffer, 5);
        printf("hello world");
        isRxDone = 0;
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, RxBuffer, 5);
    }
    /* USER CODE END WHILE */

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

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart->Instance == USART1)    //判断是否为串口1
    {
    isRxDone = 1;
    }
}
/* USER CODE END 4 */

添加完后，编译，下载，通过串口助手发送5字节数据，便会收到同样的5字节数据。

写在后面

串口的中断接收方式可能在实际项目开发中存在一定的局限性，不够灵活，当然也可以选择使用__HAL_UART_ENABLE_IT函数使能中断，并在stm32l4xx_it.c文件中的USART1_IRQHandler函数中编写自己的中断逻辑，这样具有更好地灵活性与定制功能。

最近确实比较忙，有的项目要结题，有的项目催进度，有的项目改需求。。。看到有人评论催更，看到有人点赞，还有许多人看这篇教程，感谢大家，就赶紧更了一篇。后面我也会尽快更新的。