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【星云 Orbit • STM32F4】06. 串口密码：USART 数据传递

news 2025/6/28 9:06:35

1. 引言

STM32F407是一款高性能的微控制器，具有丰富的外设和强大的处理能力。串口（USART）是STM32F407的重要外设之一，广泛应用于数据通信、调试和控制等领域。本教程旨在帮助小白从零开始，手动配置STM32F407的串口功能，涵盖基础知识、配置步骤、HAL库函数详解以及配套例程和代码注释。

2. 串口基础知识

2.1 串口简介

串口（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，USART）是一种用于异步通信的串行接口。它支持全双工通信，能够同时发送和接收数据。STM32F407配备了多个USART外设，每个USART都可以配置为UART模式。

2.2 串口通信参数

串口通信的关键参数包括：

波特率（Baud Rate）：数据传输速率，单位为比特每秒（bps）。
数据位（Data Bits）：每个字符的数据位数，通常为8位。
停止位（Stop Bits）：用于表示一个字符的结束，通常为1位。
校验位（Parity）：用于数据传输的错误检测，可选无校验、奇校验或偶校验。

2.3 串口引脚

STM32F407的串口引脚包括：

TX（发送）：用于发送数据。
RX（接收）：用于接收数据。
CTS（清除发送）：用于硬件流控。
RTS（请求发送）：用于硬件流控。

3. 配置串口

3.1 硬件连接

将STM32F407的TX引脚连接到串口调试工具的RX引脚。
将STM32F407的RX引脚连接到串口调试工具的TX引脚。
确保电源和地线连接正确。

3.2 配置GPIO引脚

在使用USART之前，需要将相关的GPIO引脚配置为USART功能。以USART1为例，其TX和RX引脚通常映射到GPIOA的第9和第10引脚。

// 配置GPIOA的第9和第10引脚为USART1功能
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

3.3 配置USART寄存器

接下来，需要配置USART的各个寄存器，包括波特率、数据位、停止位和校验位等参数。

// 配置USART1的波特率为115200bps
USART_InitTypeDef USART_InitStruct = {0};USART_InitStruct.BaudRate = 115200;
USART_InitStruct.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
USART_InitStruct.StopBits = UART_STOPBITS_1;
USART_InitStruct.Parity = UART_PARITY_NONE;
USART_InitStruct.Mode = UART_MODE_TX_RX;
USART_InitStruct.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
USART_InitStruct.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;HAL_USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

3.4 配置 NVIC 中断

如果需要使用中断方式接收数据，还需要配置 NVIC 中断。

// 使能USART1中断
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

4. HAL 库函数详解

4.1 初始化串口

HAL_StatusTypeDef HAL_USART_Init(USART_HandleTypeDef *husart, USART_InitTypeDef *USART_InitStruct)

husart：指向 USART 句柄的指针。
USART_InitStruct：指向 USART 初始化结构体的指针。

4.2 发送数据

HAL_StatusTypeDef HAL_USART_Transmit(USART_HandleTypeDef *husart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

husart：指向 USART 句柄的指针。
pData：指向要发送的数据缓冲区。
Size：要发送的数据长度。
Timeout：超时时间。

4.3 接收数据

HAL_StatusTypeDef HAL_USART_Receive(USART_HandleTypeDef *husart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

husart：指向 USART 句柄的指针。
pData：指向接收数据的缓冲区。
Size：要接收的数据长度。
Timeout：超时时间。

5. 配套例程和代码注释

5.1 发送字符串

#include "main.h"/* 定义 USART 句柄 */
UART_HandleTypeDef huart1;/* 定义要发送的字符串 */
uint8_t TxBuffer[] = "Hello, STM32F407!\r\n";int main(void)
{/* 初始化硬件 */HAL_Init();/* 配置系统时钟 */SystemClock_Config();/* 配置GPIO引脚 */GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* 配置USART1 */USART_InitTypeDef USART_InitStruct = {0};USART_InitStruct.BaudRate = 115200;USART_InitStruct.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;USART_InitStruct.StopBits = UART_STOPBITS_1;USART_InitStruct.Parity = UART_PARITY_NONE;USART_InitStruct.Mode = UART_MODE_TX_RX;USART_InitStruct.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;USART_InitStruct.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;if (HAL_USART_Init(USART1, &USART_InitStruct) != HAL_OK){/* 初始化失败 */Error_Handler();}/* 主循环 */while (1){/* 发送字符串 */HAL_USART_Transmit(&huart1, TxBuffer, sizeof(TxBuffer), 1000);/* 延时 1 秒 */HAL_Delay(1000);}
}

5.2 接收回显

#include "main.h"/* 定义 USART 句柄 */
UART_HandleTypeDef huart1;/* 定义接收缓冲区 */
uint8_t RxBuffer[100];int main(void)
{/* 初始化硬件 */HAL_Init();/* 配置系统时钟 */SystemClock_Config();/* 配置GPIO引脚 */GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* 配置USART1 */USART_InitTypeDef USART_InitStruct = {0};USART_InitStruct.BaudRate = 115200;USART_InitStruct.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;USART_InitStruct.StopBits = UART_STOPBITS_1;USART_InitStruct.Parity = UART_PARITY_NONE;USART_InitStruct.Mode = UART_MODE_TX_RX;USART_InitStruct.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;USART_InitStruct.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;if (HAL_USART_Init(USART1, &USART_InitStruct) != HAL_OK){/* 初始化失败 */Error_Handler();}/* 使能USART1中断 */HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);/* 主循环 */while (1){/* 等待接收数据 */HAL_USART_Receive_IT(&huart1, RxBuffer, 100);/* 延时 1 秒 */HAL_Delay(1000);}
}/* USART1 中断处理函数 */
void USART1_IRQHandler(void)
{/* 检查接收完成标志 */if (HAL_USART_GetITStatus(&huart1, UART_IT_RXNE) != RESET){/* 清除接收完成标志 */HAL_USART_ClearITPendingBit(&huart1, UART_IT_RXNE);/* 处理接收数据 */// 在这里添加接收数据的处理代码}
}