STM32F4 HAL库开发 -- 串口

Posted 2022-12-02 聚优致成

一、串口介绍

串口设置包含：开启串口时钟、设置响应的IO口模式、设置波特率、数据位长度、奇偶校验位、DMA等信息。
具体参看：STM32开发 – 串口详解

二、函数

1、串口参数初始化，并使能串口。

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart);

该函数只有一个入口参数 huart，为UART_HandleTypeDef 结构体指针类型，我们俗称其为串口句柄，它的使用会贯穿整个串口程序。一般情况下，我们会定义一个UART_HandleTypeDef 结构体类型全局变量，然后初始化各个成员变量。
结构体UART_HandleTypeDef 定义：

/**
  * @brief  UART handle Structure definition
  */
typedef struct __UART_HandleTypeDef

  USART_TypeDef                 *Instance;        /*!< UART registers base address        */

  UART_InitTypeDef              Init;             /*!< UART communication parameters      */

  uint8_t                       *pTxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Tx transfer Buffer */

  uint16_t                      TxXferSize;       /*!< UART Tx Transfer size              */

  __IO uint16_t                 TxXferCount;      /*!< UART Tx Transfer Counter           */

  uint8_t                       *pRxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Rx transfer Buffer */

  uint16_t                      RxXferSize;       /*!< UART Rx Transfer size              */

  __IO uint16_t                 RxXferCount;      /*!< UART Rx Transfer Counter           */

  DMA_HandleTypeDef             *hdmatx;          /*!< UART Tx DMA Handle parameters      */

  DMA_HandleTypeDef             *hdmarx;          /*!< UART Rx DMA Handle parameters      */

  HAL_LockTypeDef               Lock;             /*!< Locking object                     */

  __IO HAL_UART_StateTypeDef    gState;           /*!< UART state information related to global Handle management
                                                       and also related to Tx operations.
                                                       This parameter can be a value of @ref HAL_UART_StateTypeDef */

  __IO HAL_UART_StateTypeDef    RxState;          /*!< UART state information related to Rx operations.
                                                       This parameter can be a value of @ref HAL_UART_StateTypeDef */

  __IO uint32_t                 ErrorCode;        /*!< UART Error code                    */
 UART_HandleTypeDef;

该结构体成员变量非常多，一般情况下下载调用函数HAL_UART_Init对串口进行初始化的时候，我们只需要先设置Instance和Init两个成员变量的值。
Instance 是 USART_TypeDef 结构体指针类型的变量，它是执行寄存器基地址，实际上这个基地址HAL库已经定义好了，如果是串口1，取值为USART1即可。
Init是UART_InitTypeDef 结构体类型变量，它是用来设置串口的各个参数，包括波特率、停止位等。
UART_InitTypeDef 结构体定义如下：

typedef struct

  uint32_t BaudRate;                  /*!< This member configures the UART communication baud rate.
                                           The baud rate is computed using the following formula:
                                           - IntegerDivider = ((PCLKx) / (8 * (OVR8+1) * (huart->Init.BaudRate)))
                                           - FractionalDivider = ((IntegerDivider - ((uint32_t) IntegerDivider)) * 8 * (OVR8+1)) + 0.5
                                           Where OVR8 is the "oversampling by 8 mode" configuration bit in the CR1 register. */

  uint32_t WordLength;                /*!< Specifies the number of data bits transmitted or received in a frame.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Word_Length */

  uint32_t StopBits;                  /*!< Specifies the number of stop bits transmitted.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Stop_Bits */

  uint32_t Parity;                    /*!< Specifies the parity mode.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Parity
                                           @note When parity is enabled, the computed parity is inserted
                                                 at the MSB position of the transmitted data (9th bit when
                                                 the word length is set to 9 data bits; 8th bit when the
                                                 word length is set to 8 data bits). */

  uint32_t Mode;                      /*!< Specifies whether the Receive or Transmit mode is enabled or disabled.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Mode */

  uint32_t HwFlowCtl;                 /*!< Specifies whether the hardware flow control mode is enabled or disabled.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Hardware_Flow_Control */

  uint32_t OverSampling;              /*!< Specifies whether the Over sampling 8 is enabled or disabled, to achieve higher speed (up to fPCLK/8).
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Over_Sampling */
 UART_InitTypeDef;

BaudRate： 为串口波特率，用来确定串口通信的速率 。
WordLength： 为字长，可以设置8位字长或者9位字长。我们设置为 8 位字长数据格式 UART_WORDLENGTH_8B。
StopBits： 为停止位，可以设置为1个停止位或者2个停止位。我们设置为1个停止位 UART_STOPBITS_1。
Parity： 为是否需要奇偶校验，我们设定为无奇偶校 UART_PARITY_NONE。
Mode： 为串口模式，可以设置为只收模式、只发模式或者收发模式。我们设置为全双工收发模式 UART_MODE_TX_RX。
HwFlowCtl： 为是否支持硬件流控制，我们设置为无硬件流控制 UART_HWCONTROL_NONE。
pTxBuffPtr， TxXferSize 和 TxXferCount 三个变量分别用来设置串口发送的数据缓存指针，发送的数据量和还剩余的要发送的数据量。
pRxBuffPtr， RxXferSize 和RxXferCount 三个变量则是用来设置接收的数据缓存指针，接收的最大数据量以及还剩余的要接收的数据量。
hdmatx 和 hdmarx 是串口 DMA 相关的变量，指向 DMA 句柄。

函数 HAL_UART_Init 使用的一般格式为：

UART_HandleTypeDef UART1_Handler; //UART 句柄
UART1_Handler.Instance=USART1; //USART1
UART1_Handler.Init.BaudRate=115200; //波特率
UART1_Handler.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B; //字长为 8 位格式
UART1_Handler.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1; //一个停止位
UART1_Handler.Init.Parity=UART_PARITY_NONE; //无奇偶校验位
UART1_Handler.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE; //无硬件流控
UART1_Handler.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX; //收发模式
HAL_UART_Init(&UART1_Handler); //HAL_UART_Init()会使能 UART1

需要说明的是，函数HAL_UART_Init内部会调用串口使能函数使能相应串口，所以调用了该函数之后我们就不需要重复使能串口了。当然，HAL库也提供了具体的串口使能和失能的方法，具体使用方法如下：

__HAL_UART_ENABLE(handler); //使能句柄 handler 指定的串口
__HAL_UART_DISABLE(handler); //关闭句柄 handler 指定的串口

这里还需要注意，串口作为一个重要的外设，在调用的初始化函数HAL_UART_Init内部，会先调用MSP初始化回调函数进行MCU相关的初始化，函数为：

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);

我们的程序中，只需要重写该函数即可。一般情况下，该函数内部用来编写IO初始化，时钟使能以及NVIC配置。

2、使能串口和GPIO时钟

我们要使用串口，所以我们必须使能串口时钟和使用到的GPIO口的时钟。具体方法：

__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); //使能 USART1 时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //使能 GPIOA 时钟

3、GPIO口初始化设置，以及复位映射配置

参看：STM32F4 HAL库开发 – GPIO

4、开启串口相关中断，配置串口中断优先级

__HAL_UART_ENABLE_IT 使能串口中断的标识符。
示例：

__HAL_UART_ENABLE_IT(huart,UART_IT_RXNE); //开启接收完成中断

第一个参数：为串口句柄，类型为UART_HandleTypeDef 结构体类型。
第二个参数：为我们要开启的中断类型值。

#define UART_IT_PE                       ((uint32_t)(UART_CR1_REG_INDEX << 28U | USART_CR1_PEIE))
#define UART_IT_TXE                      ((uint32_t)(UART_CR1_REG_INDEX << 28U | USART_CR1_TXEIE))
#define UART_IT_TC                       ((uint32_t)(UART_CR1_REG_INDEX << 28U | USART_CR1_TCIE))
#define UART_IT_RXNE                     ((uint32_t)(UART_CR1_REG_INDEX << 28U | USART_CR1_RXNEIE))
#define UART_IT_IDLE                     ((uint32_t)(UART_CR1_REG_INDEX << 28U | USART_CR1_IDLEIE))

有开启中断就有关闭中断，操作方法为：

__HAL_UART_DISABLE_IT(huart,UART_IT_RXNE); //关闭接收完成中断

对于中断优先级配置，参考方法为：

HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); //使能 USART1 中断通道
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,3,3); //抢占优先级 3，子优先级 3

5、编写中断服务函数

串口1中断服务函数为：

void USART1_IRQHandler(void) ;

当发生中断的时候，程序就会执行中断服务函数。然后我们在中断服务函数中编写相应的逻辑代码即可。

6、串口数据接收和发送

HAL 库操作 USART_DR 寄存器发送数据的函数是：

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

通过该函数向串口寄存器 USART_DR 写入一个数据。

HAL 库操作 USART_DR 寄存器读取串口接收到的数据的函数是：

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

通过该函数可以读取串口接受到的数据。

7、DMA配置

参看：STM32F4 HAL库开发 – DMA

三、STM32CubeMX 配置串口

1、配置

打开 Pinout选项卡界面，左侧依次进入 Categories->Connectivity->USART1 配置栏。

配置栏有2个选项
**Mode：**用来设置串口的模式或者关闭串口

Asynchronous：异步
Synchronous：同步
Single Wire（Half-Duplex）：单线（半双工）
Multiprocessor Communication：多处理器通信

这里我们要开启串口的异步模式，选择Mode值为 Asynchronous。

Hardware Flow Control(RS232)： 用来开启/关闭串口的硬件控制流。
该选项只有在Mode选项值为 Asynchronous（异步通信）模式的前提下才有效。

选择收发引脚：

在GPIO->USART里就可以看到新添加的USART1_TX和USART1_RX。

配置栏有一下几个选项：
GPIO mode：
Altemate Fuction Push Pull (复用推挽)
GPIO Pull-up/Pull-down：
Pull-up (上拉)
Maximum output speed：
Very High（速度）

再次打开进入 Categories->Connectivity->USART1 配置栏

下半部分可以看到：
Parameter Settings:
包含波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、使能收发模式、过采样等设置。
我们将 USART1 配置为：波特率 115200， 8 位字长模式，无奇偶校验位， 1 个停止位，发送/接收均开启。

DMA settings：
可以点击Add，添加USART1_RX 和 USART1_TX。
可以选择，Priority 优先级。
在 DMA Request Settings，也可以进行设置。

NVIC Settings：
配置完DMA后，在打开NVIC Settings，就可以看到 DMA的使能是选中的。
这里我们勾选 USART1 global interrupt 的中断使能。

2、生成源码

MX_USART1_UART_Init 函数

void MX_USART1_UART_Init(void)


  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  
    Error_Handler();
  

HAL_UART_MspInit 函数

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = 0;
  if(uartHandle->Instance==USART1)
  
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */

  /* USER CODE END USART1_MspInit 0 */
    /* USART1 clock enable */
    __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    /**USART1 GPIO Configuration
    PB6     ------> USART1_TX
    PB7     ------> USART1_RX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    /* USART1 DMA Init */
    /* USART1_RX Init */
    hdma_usart1_rx.Instance = DMA2_Stream2;
    hdma_usart1_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;
    hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
    hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
    hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_VERY_HIGH;
    hdma_usart1_rx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
    if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx) != HAL_OK)
    
      Error_Handler();
    

    __HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart1_rx);

    /* USART1_TX Init */
    hdma_usart1_tx.Instance = DMA2_Stream7;
    hdma_usart1_tx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;
    hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
    hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
    hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_VERY_HIGH;
    hdma_usart1_tx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
    if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx) != HAL_OK)
    
      Error_Handler();
    

    __HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmatx,hdma_usart1_tx);

    /* USART1 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */

  /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
  
 

HAL_UART_MspDeInit 函数

void HAL_UART_MspDeInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)

	if(uartHandle->Instance==USART1)
  
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspDeInit 0 */

  /* USER CODE END USART1_MspDeInit 0 */
    /* Peripheral clock disable */
    __HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE();

    /**USART1 GPIO Configuration
    PB6     ------> USART1_TX
    PB7     ------> USART1_RX
    */
    HAL_GPIO_DeInit(GPIOB, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7);

    /* USART1 DMA DeInit */
    HAL_DMA_DeInit(uartHandle->hdmarx);
    HAL_DMA_DeInit(uartHandle->hdmatx);

    /* USART1 interrupt Deinit */
    HAL_NVIC_DisableIRQ(USART1_IRQn);
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspDeInit 1 */

  /* USER CODE END USART1_MspDeInit 1 */
  

DMA中断：

void DMA2_Stream2_IRQHandler(void)

  /* USER CODE BEGIN DMA2_Stream2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END DMA2_Stream2_IRQn 0 */
  HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_usart1_rx);
  /* USER CODE BEGIN DMA2_Stream2_IRQn 1 */

  /* USER CODE END DMA2_Stream2_IRQn 1 */


void DMA2_Stream7_IRQHandler(void)

  /* USER CODE BEGIN DMA2_Stream7_IRQn 0 */

  /* USER CODE END DMA2_Stream7_IRQn 0 */
  HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_usart1_tx);
  /* USER CODE BEGIN DMA2_Stream7_IRQn 1 */

  /* USER CODE END DMA2_Stream7_IRQn 1 */

中断和接收数据处理：

void USART1_IRQHandler(void)

	THC_LiquidCooled_Handler(); 


void THC_LiquidCooled_Handler (void)

	HAL_UART_IRQHandler(&DEF_UART_LIQUID);
	if(RESET != __HAL_UART_GET_FLAG(&DEF_UART_LIQUID, UART_FLAG_IDLE))
	
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&DEF_UART_LIQUID);  //清除标志位
		HAL_UART_DMAStop(&DEF_UART_LIQUID);
		METERComm.Rbuf_CNT =  LIQUID_BUF_RXD_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&DEF_HDMA_LIQUID_RX);
		HAL_UART_Receive_DMA(&DEF_UART_LIQUID,RLIQUIDBuf,LIQUID_BUF_RXD_SIZE);
	


void CheckLIQUID_RBuf_Fun(void)

	if(LIQUIDComm.Rbuf_CNT != 0)
	
		//判断帧头、帧尾、BCC校验
		u16 LenBuf;
		u16 onePackageLen = 0;
		u16 onePackageBodyLen = 0;
		int16_t onePackageBodyCrc = 0;
		
		LenBuf = (LIQUIDComm.Rbuf_CNT & (LIQUID_BUF_RXD_SIZE - 1));

		if ((RLIQUIDBuf[0] == 0x01) &&  (RLIQUIDBuf[1] == 0x03))
		
			onePackageBodyLen = RLIQUIDBuf[2];
			onePackageLen = onePackageBodyLen + 5; //包含 子机地址、功能码、读取字节数、CRC码
			if( onePackageLen <= LenBuf )
			
				onePackageBodyCrc=RLIQUIDBuf[onePackageLen-2] + ((RLIQUIDBuf[onePackageLen-1]<<8)&0xff00); //校验码反着的
				if( onePackageBodyCrc == Check_CRC16(RLIQUIDBuf, onePackageBodyLen+3) )
				
					THC_LIQUID_Receive(RLIQUIDBuf+3, onePackageBodyLen);
					memset(RLIQUIDBuf,'\\0', LIQUID_BUF_RXD_SIZE); //收到一帧以后，清空buf
					LIQUIDComm.Rbuf_CNT = 0;
				
			
		
	

四、485通讯

485通讯还需要有一个cs引脚配置。

// RS485 发送
#define LIQUID_RS485_T   (HAL_GPIO_WritePin(LIQUIDCOOLED_GPIO_Port, LIQUIDCOOLED_485CK_Pin, GPIO_PIN_SET))
//RS485 接收
#define LIQUID_RS485_R   (HAL_GPIO_WritePin(LIQUIDCOOLED_GPIO_Port, LIQUIDCOOLED_485CK_Pin, GPIO_PIN_RESET))

发送数据：

void LIQUID_RS485_Send_Data(u8 *pdata,u32 data_size)

	LIQUID_RS485_T;//RS485 发送
	HAL_UART_Transmit(&DEF_UART_LIQUID,pdata,data_size,1000);
	LIQUID_RS485_R;//RS485 接收

五、使能

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);     //uart使能idle中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,USART_RX_BUF1,USART_REC_LEN);//打开DMA接收，数据存入rx_buffer数组中。

六、接线

RS485：

RS485通信的时候，必须A接A，B接B，否则通信不正常。

RS232：

RS232通信的时候，Rx接Tx，Tx接Rx。