STM32 串口通信详解与应用示例

博主：小蓝
发布时间：2024 年 10 月 26 日
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分类： Linux 技术杂烩

好的，以下是关于**STM32串口通信的详解与应用示例**的内容，涵盖了串口通信的基础知识、详细配置步骤以及实际应用示例，结合了原理分析和流程图来帮助理解。希望通过本文的介绍，您可以掌握如何在STM32中实现稳定、可靠的串口通信。

# STM32 串口通信详解与应用示例

## 什么是串口通信？

**串口通信（UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）**是一种常用的数据通信方式，它在嵌入式系统中非常重要，尤其是像 **STM32** 这样的微控制器中。串口通信是一种**异步串行通信协议**，数据通过一根线按**位**传输，接收和发送的数据位数不需要同步时钟信号。

> 💡 **小结**：串口通信是一种通过单线发送和接收数据的异步传输方式，常用于设备之间的数据交换。

## STM32 串口通信的特点

STM32 微控制器集成了多个串口（通常称为 USART 或 UART），它的主要特点包括：

1. **全双工通信**：USART 支持全双工通信，即可以同时进行数据发送和接收。
2. **波特率可调**：可以根据实际需求配置合适的**波特率（Baud Rate）**，例如 9600bps、115200bps 等。
3. **硬件流控制**：支持 RTS/CTS 硬件流控制，用于实现更加可靠的数据通信。
4. **中断与 DMA 支持**：USART 支持通过**中断**或**DMA（Direct Memory Access）**进行数据传输，极大地提高了通信效率。

## STM32 串口通信的配置步骤

以下是通过 STM32CubeMX 和 HAL 库配置串口通信的步骤，以确保您可以更快地上手实现串口功能。

### 1. 硬件连接

- **TX 引脚**：发送数据的引脚。
- **RX 引脚**：接收数据的引脚。
- 将 STM32 的 **TX** 引脚连接到目标设备的 **RX** 引脚，**RX** 引脚连接到目标设备的 **TX** 引脚，形成交叉连接。

### 2. 使用 STM32CubeMX 配置 USART

在 STM32CubeMX 中，选择合适的 USART 端口并进行配置。以下是详细步骤：

1. **打开 STM32CubeMX**，选择您的目标芯片型号。
2. **启用串口（USARTx）**，通常是 USART1 或 USART2。
3. **配置波特率**，例如选择 115200bps。
4. **设置字长、停止位和校验位**：
   - 字长：8 位数据长度。
   - 停止位：1 位。
   - 校验位：无校验。
5. **启用中断或 DMA**（可选），用于更高效的数据处理。

### 3. 生成代码并进行 HAL 配置

生成代码后，进入到 **Keil 或 STM32CubeIDE** 中对串口进行初始化配置。在 main.c 文件中，可以看到类似如下的初始化代码：

```c
UART_HandleTypeDef huart1;

void MX_USART1_UART_Init(void)
{
    huart1.Instance = USART1;
    huart1.Init.BaudRate = 115200;  // 设置波特率为 115200
    huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;  // 数据位长度为 8 位
    huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;  // 停止位为 1
    huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;  // 无校验
    huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;  // 使能发送和接收
    huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;  // 无硬件流控制
    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();  // 初始化失败处理
    }
}
```

### 代码解释

- `UART_HandleTypeDef huart1`：用于保存 USART1 的配置信息。
- `huart1.Init.BaudRate = 115200`：设置波特率为 **115200**，适合大多数应用场景。
- `huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B`：设置数据长度为 **8 位**。
- `huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE`：无校验位，用于简单的通信。

### 4. 串口发送与接收

配置完成后，使用 **HAL 库**函数进行数据发送和接收：

- **发送数据**：

```c
  char *msg = "Hello, UART!";
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), HAL_MAX_DELAY);
  ```

**解释**：

- `HAL_UART_Transmit`：用于发送数据。
  - `&huart1`：选择 USART1 进行发送。
  - `(uint8_t*)msg`：要发送的数据。
  - `HAL_MAX_DELAY`：设置最大等待时间为阻塞模式。
- **接收数据**：

```c
  uint8_t received_data[10];
  HAL_UART_Receive(&huart1, received_data, sizeof(received_data), HAL_MAX_DELAY);
  ```

**解释**：

- `HAL_UART_Receive`：用于接收数据。
  - `received_data`：用于保存接收的数据。

## 串口通信的工作流程

```mermaid
flowchart TD
    A[配置 STM32 串口] --> B[配置硬件参数]
    B --> C[生成代码]
    C --> D[初始化 UART 模块]
    D --> E[发送和接收数据]
    E --> F[数据处理和反馈]
```

> 🌟 **流程总结**：通过 STM32CubeMX 配置串口硬件参数，生成代码后在应用中对 UART 模块进行初始化，最终实现数据的发送和接收。

## 串口通信的应用示例

### 示例：通过串口与 PC 通信

我们通过串口实现 STM32 与 PC 之间的通信，PC 端可以使用串口工具（如 **SecureCRT** 或 **XCOM**）进行数据的接收和发送。目标是实现 STM32 向 PC 发送数据，同时从 PC 接收数据并处理。

### 实现步骤

1. **硬件连接**：将 STM32 的 TX/RX 引脚通过 USB 转串口模块连接到 PC。
2. **配置 STM32**：按照上述步骤配置 USART1，波特率为 **115200bps**。
3. **编写代码**：

```c
   char tx_buffer[] = "STM32 Communication Ready!\r\n";
   char rx_buffer[50];

int main(void)
   {
       HAL_Init();
       MX_USART1_UART_Init();

// 向 PC 发送初始消息
       HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)tx_buffer, strlen(tx_buffer), HAL_MAX_DELAY);

while (1)
       {
           // 接收来自 PC 的数据
           HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t*)rx_buffer, sizeof(rx_buffer), HAL_MAX_DELAY);
           // 回显接收到的数据
           HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)rx_buffer, strlen(rx_buffer), HAL_MAX_DELAY);
       }
   }
   ```

### 代码解释

- 在 `main` 函数中，首先调用 **`HAL_Init()`** 和 **`MX_USART1_UART_Init()`** 来初始化系统和 USART。
- 使用 **`HAL_UART_Transmit`** 向 PC 发送一条初始化消息，告知用户设备已准备好通信。
- 在 **`while (1)`** 循环中，不断调用 **`HAL_UART_Receive`** 和 **`HAL_UART_Transmit`** 来实现数据的回显，即接收到的内容会直接返回给 PC。

### 原理分析表：STM32 与 PC 串口通信流程

| **步骤** | **描述**                         |
| -------------- | -------------------------------------- |
| 硬件连接       | STM32 与 PC 通过 USB 转串口模块连接    |
| 初始化 USART   | 配置波特率、数据位、校验位等参数       |
| 向 PC 发送消息 | 通过 UART 向 PC 发送初始化消息         |
| 数据回显       | 接收来自 PC 的数据并回显，确认通信正常 |

## 注意事项与最佳实践

### 1. 波特率的选择

波特率选择应考虑到系统的稳定性和传输效率。常用的波特率有 **9600**、**115200**，但具体选择应根据实际需求和接收设备的能力来确定。

### 2. 硬件流控制

在数据量较大且传输频繁的场景下，可以使用 **RTS/CTS** 硬件流控制来避免数据丢失。

### 3. 中断与 DMA

在需要高实时性或大数据量传输时，可以使用**中断模式**或**DMA**来替代轮询模式，从而降低 CPU 占用率，提高通信效率。

### 4. 避免阻塞

在使用 **`HAL_UART_Transmit`** 和 **`HAL_UART_Receive`** 进行数据传输时，默认情况下这些函数是阻塞的。可以通过设置超时时间或采用中断方式来避免程序阻塞。

## 结论

通过 STM32 的串口通信，您可以实现与其他设备的可靠数据交换，尤其适用于需要低成本、稳定可靠的通信应用。本文详细介绍了 **串口通信的基本原理、STM32 的配置步骤和应用实例**，帮助您掌握如何在 STM32 中使用 UART 进行高效的通信。

> 🔑 **关键点**：在使用 STM32 串口通信时，务必注意**波特率、流控制、中断和 DMA** 的合理选择，以确保通信的**可靠性和高效性**。通过合理的硬件和软件配置，STM32 可以实现稳定的串口通信，适用于各种嵌入式应用场景。

**希望这篇文章对您理解和应用 STM32 串口通信有所帮助！**

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最后修改：2024 年 10 月 26 日

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小蓝 • 2024 年 10 月 26 日

# STM32 串口通信详解与应用示例

## 什么是串口通信？

> 💡 **小结**：串口通信是一种通过单线发送和接收数据的异步传输方式，常用于设备之间的数据交换。

## STM32 串口通信的特点

STM32 微控制器集成了多个串口（通常称为 USART 或 UART），它的主要特点包括：

## STM32 串口通信的配置步骤

以下是通过 STM32CubeMX 和 HAL 库配置串口通信的步骤，以确保您可以更快地上手实现串口功能。

### 1. 硬件连接

### 2. 使用 STM32CubeMX 配置 USART

在 STM32CubeMX 中，选择合适的 USART 端口并进行配置。以下是详细步骤：

### 3. 生成代码并进行 HAL 配置

生成代码后，进入到 **Keil 或 STM32CubeIDE** 中对串口进行初始化配置。在 main.c 文件中，可以看到类似如下的初始化代码：

```c
UART_HandleTypeDef huart1;

### 代码解释

### 4. 串口发送与接收

配置完成后，使用 **HAL 库**函数进行数据发送和接收：

- **发送数据**：

```c
  char *msg = "Hello, UART!";
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), HAL_MAX_DELAY);
  ```

**解释**：

```c
  uint8_t received_data[10];
  HAL_UART_Receive(&huart1, received_data, sizeof(received_data), HAL_MAX_DELAY);
  ```

**解释**：

- `HAL_UART_Receive`：用于接收数据。
  - `received_data`：用于保存接收的数据。

## 串口通信的工作流程

> 🌟 **流程总结**：通过 STM32CubeMX 配置串口硬件参数，生成代码后在应用中对 UART 模块进行初始化，最终实现数据的发送和接收。

## 串口通信的应用示例

### 示例：通过串口与 PC 通信

### 实现步骤

1. **硬件连接**：将 STM32 的 TX/RX 引脚通过 USB 转串口模块连接到 PC。
2. **配置 STM32**：按照上述步骤配置 USART1，波特率为 **115200bps**。
3. **编写代码**：

```c
   char tx_buffer[] = "STM32 Communication Ready!\r\n";
   char rx_buffer[50];

int main(void)
   {
       HAL_Init();
       MX_USART1_UART_Init();

// 向 PC 发送初始消息
       HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)tx_buffer, strlen(tx_buffer), HAL_MAX_DELAY);

### 代码解释

### 原理分析表：STM32 与 PC 串口通信流程

## 注意事项与最佳实践

### 1. 波特率的选择

波特率选择应考虑到系统的稳定性和传输效率。常用的波特率有 **9600**、**115200**，但具体选择应根据实际需求和接收设备的能力来确定。

### 2. 硬件流控制

在数据量较大且传输频繁的场景下，可以使用 **RTS/CTS** 硬件流控制来避免数据丢失。

### 3. 中断与 DMA

在需要高实时性或大数据量传输时，可以使用**中断模式**或**DMA**来替代轮询模式，从而降低 CPU 占用率，提高通信效率。

### 4. 避免阻塞

## 结论

**希望这篇文章对您理解和应用 STM32 串口通信有所帮助！**

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