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开了个网站用年份做名字好吗,惠州网吧,阿里云除了做网站还能用来干什么,室内设计平面图分析UART / USART 模块#xff08;通用同步/异步收发器#xff09; 版本#xff1a;v1.0 | 适用系列#xff1a;STM32F0 / F1 / F3 / F4 / F7 / L0 / L4 / H7 目录 UART 模块简介 通信协议与参数配置 三大工作模式详解 HAL UART API 函数全集 中断与 DMA 回调机制 printf…UART / USART 模块通用同步/异步收发器版本v1.0|适用系列STM32F0 / F1 / F3 / F4 / F7 / L0 / L4 / H7目录UART 模块简介通信协议与参数配置三大工作模式详解HAL UART API 函数全集中断与 DMA 回调机制printf 重定向实现实战工程示例DMA不定长接收调试技巧与常见避坑1. UART 模块简介UARTUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter是嵌入式系统中最通用的串行通信接口。STM32 的 USART 外设功能非常强大不仅支持标准的异步串口通信还支持同步模式、单线半双工、LIN 总线、甚至 SmartCard 协议。核心功能全双工异步通信RX 和 TX 独立工作同时收发。硬件流控 (RTS/CTS)防止高速传输时数据缓冲区溢出。DMA 支持实现零 CPU 占用的高速数据搬运。多处理器通信支持静默模式和地址唤醒。同步同步模式 (USART)**提供时钟输出 (SCLK)可驱动 SPI 从机设备。2. 通信协议与参数配置在UART_InitTypeDef结构体或 CubeMX 中核心配置参数如下参数名称HAL 宏定义示例说明波特率BaudRate 11520BaudRate 115200通信速度双方必须严格一致。常用 9600, 115200。数据位WordLength UART_WORDLENGTH_8B数据帧长度通常为 8 位。若开启奇偶校验某些系列需设为 9 位。停止位StopBits UART_STOPBITS_1帧结束标志通常为 1 位。校验位Parity UART_PARITYParity UART_PARITY_NONE奇偶校验通常无校验 (None)。流控HwFlowCtl UART_HWCONTROL_NONE硬件流控高速传输时建议开启 RTS/CTS。模式Mode UART_MODE_TX_RX开启发送 (TX) 和接收 (RX)。注意通信双方例如 STM32 与 电脑串口助手的所有参数必须完全一致否则会出现乱码。3. 三大工作模式详解STM32 UART 数据收发主要有三种方式适用于不同场景3.1 轮询模式 (Blocking / Polling)原理CPU 在while循环中不断查询状态寄存器直到发送/接收完成。优点逻辑简单无中断竞争。缺点严重阻塞 CPU无法处理并发任务容易丢数据。场景系统初始化打印、简单的调试信息输出。3.2 中断模式 (Non-Blocking / IT)原理每接收或发送一个字节触发一次中断CPU 暂停主程序去处理数据。优点CPU 不需要死等实时性好。缺点大数据量时中断频繁占用大量 CPU 资源频繁压栈出栈。场景低速、低频的命令交互如 AT 指令。3.3 DMA 模式 (Direct Memory Access)原理DMA 控制器直接在内存SRAM和串口寄存器DR之间搬运数据完成后才通知 CPU。优点CPU 零负载适合高速、大数据流传输。缺点配置相对复杂处理不定长数据需配合空闲中断 (Idle Line)。场景GPS 数据流、Modbus 协议、固件升级、高速传感器。4. HAL UART API 函数全集以下函数定义在stm32xx_hal_uart.c中4.1 初始化与控制// 初始化 UART底层调用 HAL_UART_MspInit 配置引脚和时钟 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart); ​ // 反初始化释放 IO 和时钟 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DeInit(UART_HandleTypeDef *huart);4.2 数据发送 (Transmit)// 轮询发送 (阻塞直到发送完 Size 字节或超时) HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); ​ // 中断发送 (非阻塞) HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); ​ // DMA 发送 (非阻塞推荐) HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);4.3 数据接收 (Receive)// 轮询接收 (阻塞) HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); ​ // 中断接收 (非阻塞) HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); ​ // DMA 接收 (非阻塞) HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); ​ // DMA 接收 空闲中断检测 (处理不定长数据神器部分新版 HAL 库支持) HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);4.4 中断与状态// 获取当前状态 HAL_UART_StateTypeDef HAL_UART_GetState(UART_HandleTypeDef *huart); ​ // 获取错误码 (如 ORE 溢出错误) uint32_t HAL_UART_GetError(UART_HandleTypeDef *huart);5. 中断与 DMA 回调机制HAL 库通过统一的中断处理函数分发事件用户只需重写对应的__weak回调函数。核心回调函数回调函数名触发时机典型用途HAL_UART_TxCpltCallback发送完成 (IT/DMA)切换 RS485 收发方向、启动下一次发送HAL_UART_RxCpltCallback接收定长数据完成处理数据包、解析命令HAL_UARTEx_RxEventCallbackHAL_UARTEx_RxEventCallback接收完成或空闲中断触发DMA 不定长接收的核心处理处HAL_UART_ErrorCallback发生错误 (如溢出 ORE)清除错误标志、重启接收6. printf 重定向实现为了让printf输出到串口需重写标准库底层输出函数。6.1 Keil (MDK) 环境在main.c或usart.c中添加需勾选 Use MicroLIB#include stdio.h ​ /* 重写 fputc */ int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(huart1, (uint8_t *)ch, 1, 0xFFFF); return ch; }6.2 GCC / STM32CubeIDE 环境/* 重写 _write */ int _write(int file, char *ptr, int len) { HAL_UART_Transmit(huart1, (uint8_t *)ptr, len, 0xFFFF); return len; }7. 实战工程示例DMA不定长接收这是实际项目中处理 GPS、WIFI 模块数据最稳定、最高效的方案。7.1 初始化 (main.c)#define RX_BUF_SIZE 256 uint8_t RxBuf[RX_BUF_SIZE]; // 接收缓冲区 ​ int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_USART1_UART_Init(); MX_DMA_Init(); // 必须初始化 DMA ​ // 启动 DMA 接收并开启空闲中断 (IDLE IE) // 此时串口会将数据搬运到 RxBuf直到缓冲区满或线路空闲 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(huart1, RxBuf, RX_BUF_SIZE); ​ while (1) { // 主循环处理业务 } }7.2 回调处理 (main.c)void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if (huart-Instance USART1) { // Size 是实际接收到的字节数 // 1. 处理数据 (建议拷贝到其他 buffer 或置标志位不要在此耗时) Process_Data(RxBuf, Size); ​ // 2. 必须重新开启接收 (DMA Normal 模式下) // 这里的 Size 参数是缓冲区最大长度 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(huart1, RxBuf, RX_BUF_SIZE); } }8. 调试技巧与常见避坑乱码问题检查外部晶振频率 (HSE) 设置是否与板子实际一致如 8M vs 25M。检查波特率两端是否一致。检查共地 GND接收中断只进一次轮询/中断模式下ORE (Overrun Error)溢出错误会导致中断锁死。解决在HAL_UART_ErrorCallback中清除错误标志或在主循环检查并清除 ORE。中断回调中忘记再次调用HAL_UART_Receive_IT。DMA 接收数据不更新**在 Cortex-M7 (F7/H7) 上若开启了 D-CacheDMA 更新了 SRAM 但 CPU 读的是 Cache 旧值。解决配置 MPU 将 DMA 缓冲区设为 Non-Cacheable或调用SCB_InvalidateDCache_by_Addr。printf 卡死 *未勾选 MicroLIB (Keil)。硬件上未连接 TX 线导致一直等待发送完成