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【星云 Orbit-STM32F4】06. 串口密码：USART 数据传递

article 2025/3/3 14:39:40

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

  1. 将STM32F407的TX引脚连接到串口调试工具的RX引脚。
  2. 将STM32F407的RX引脚连接到串口调试工具的TX引脚。
  3. 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
    }
}

6. 总结

通过本教程的学习，小白应该能够掌握如何手动配置STM32F407的串口功能，包括GPIO引脚配置、USART寄存器配置以及中断处理等。虽然手动配置增加了复杂性，但通过这种方式，可以更深入地理解STM32的底层工作原理，这对嵌入式开发学习非常有帮助。

7. 思维导图

在这里插入图片描述
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http://www.kler.cn/a/568868.html

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