USART_串口通讯轮询案例（HAL库实现）

news2025/1/23 3:23:52

引言

       前面讲述的串口通讯案例是使用寄存器方式实现的，有利于深入理解串口通讯底层原理，但其开发效率较低；对此，我们这里再讲基于HAL库实现的串口通讯轮询案例，实现高效开发。当然，本次案例需求仍然和前面寄存器实现的案例一样，故这里就不再赘述相关需求以及电路设计，如果不清楚可参考下面链接跳转查看：USART_串口通讯轮询案例（一）（寄存器实现）-CSDN博客https://blog.csdn.net/2301_79475128/article/details/145222170?spm=1001.2014.3001.5501

一、案例需求描述

二、硬件电路设计

       由于本次案例和前面寄存器实现的案例相同，故这里不再赘述，可直接点击上面链接跳转查看，感谢支持！

三、软件设计

       话不多说，我们本次就基于HAL库来二次实现一下串口通讯轮询方式下的案例。首先我们必然是进入STM32CubeMX软件创建好工程并进行相应配置。

3.1 STM32CubeMX配置

首先，我们进入STM32CubeMX，开始创建工程

3.1.1 创建工程

       单击【ACCESS TO MCU SELECTOR】，然后选择自己使用的芯片类型，双击它即可创建新的工程。

3.1.2 工程配置

        接下来，我们对其中相关部分进行配置，首先最基本的配置即【System Core】中【SYS】和【RCC】时钟等的配置，本次还涉及到收发数据使用的GPIO口，也会在其中进行配置。

       所以，单击【System Core】，选择【SYS】，配置调试器Debug为串行单线【serial wire】，这样我们STLink下载器才能使用。

          然后，选择【RCC】，配置时钟，先是外部时钟，全部修改为晶振或者石英振荡器【Crystal/Ceramic Reasonator】即可

然后配置内部时钟，此时直接继续单击【Clock Configuration】，做如下配置即可

       接着，我们需要配置串口涉及到的GPIO，正常情况我们应该是去图形化芯片上设置对应引脚进行配置，但是由于串口通讯模块对应一个数据连接通讯的部分，在STM32CubeMX中有相应的选项可以直接进行配置，所以我们不必直接去配GPIO，可以直接在【Connectivity】中进行所有串口的相关配置。

          然后就可以开始配置串口了，首先我们目前只是使用串口异步功能，所以【Mode】一栏选择异步【Asynachronous】即可，然后下面的硬件流控【Hardware Flow control】不开启，即默认【Disable】就可以。 

        紧接着，我们看向下方，会发现有五个选项，分别是参数配置【Parameter Settings】（串口自身基本参数）、使用常量【User Constants】、NVIC设置【NVIC Settings】（和中断相关）、DMA设置【DMA Settings】（DMA相关）、GPIO设置【GPIO Settings】（GPIO相关）。当前我们因为只是最简单的异步收发，只使用了TX和RX，所以只涉及两个GPIO口以及串口的一些参数设置。因此这里我们只要看看参数配置和GPIO设置就好了

单击进入参数设置【Parameter Settings】，可以看见HAL库默认给我们配置的一些参数

        显然，以及包含了我们前面使用寄存器配置串口的内容，这意味着后面自动生成的代码就已经帮我们基本做好了串口的初始化，而这里只需要我们图形化选择一下即可，很显然简单了很多。关于该部分的配置就按照其默认的配（如上图所示）即可。

       然后，我们单击进入GPIO设置【GPIO Settings】，如下图，看看发现以及给我们自动配置好了GPIO的东西，仔细检查一下，就和我们前面寄存器配置GPIO的模式是一样的，即PA9 TX端配置为复用功能的推挽输出模式、PA10 RX端配置成浮空输入模式即可

        最后，我们再进入【Project Manager】的【Project】设置一下该工程的名字、路径以及工具链，然后进入【Code Generator】勾选些选项即可。

最后，我们点击【GENERATOR CODE】生成代码，如果在keil中打开工程即可

3.1.3 Keil中配置

        在keil中打开工程后，进入【魔法棒】，然后进入【Debug】，点击进入【Settings】，接着进入【Flash Download】，勾选【Reset and Run】；然后进入【Pack】，取消勾选【Enable】，最后不要忘记🆗保存了。

最后就可以退出keil了。然后进入vscode开始看看代码。

3.2 代码补充

        配置都做好了以后，我们就来看看代码，进入vscode，然后将刚才创建的工程导入进来，然后看看主要代码，首先是GPIO文件中的

       可以发现，这里主要是时钟配置，因为我们HAL库对GPIO的配置主要都放在USART文件中了

然后我们看看USART文件

       显然，这里就看见GPIO口的配置了，同时我们会发现，上面它定义了一个【huart1】变量，我们ctrl+单击这个前面的类型看看这是啥

        显然，这是一个结构体定义，然后看看其中的内容，会发现这实际上都是定义的和串口有关的东西，也就是说，huat1是一个串口相关功能的结构体定义。因此下图这一部分全是关于串口的参数配置

       看完这俩以后，我们发现，当时寄存器编写的代码主要就是串口初始化的内容，然而这里HAL库做的时候代码以及全部自动生成了，意味着我们只需要去写一下发送接收的逻辑，同时HAL库也为我们提供了接收和发送数据的相关函数，直接调用即可。

       那么现在，我们来编写一下发送数据的测试逻辑，直接来个发送或者接收字符串吧，这样可以的话说发送单字符也肯定可以了。

        由于我们这里直接调用相应函数即可，这里就直接展示一下对应函数的使用了，main.c中如下图

一句发送，一句延时即可，我们借助这个简单逻辑测试一下，直接编译烧录看现象

显然，没有问题，测试成功。

       然后我们继续测试接收数据功能，实现一个“先接受一个字符串，然后发送”的逻辑，main.c代码如下，先创建两个变量用于存放字符串

然后，while循环中写接收并发送代码，这里和我们前面接收发送点区别：

       多了一个判断，因为这里HAL库中的发送是无脑直接拿到数据就发的，我们现在在循环中，没有发之前给的buffer，虽然我们没写入数据，但是其初始化是0，所以此时接收到的就是0，即发送就会直接把“\0”全部发出来。而为了避免这种情况，我们对接收函数做一个判断，因为其是有返回值的，就是为了避免接收有问题，当它确实正确接收到数据后，就会返回HAL_OK，所以我们这里判断它是否等于这个，等于即说明接收到我们发的了，这样我们再把数据发出来就好了。

然后我们测试一下，编译烧录看效果

显然，我们发送10个字符，他就能正确接收到。说明测试没问题

        当然了，我们发现我们调用接收函数传入的参数需要我们给出接收字符长度，这意味着我们只能接收定长的字符串，如果我们发送任意长的字符串的话，则会产生不符合需求的现象。

        因此，我们要怎么接收变长数据呢？实际上HAL库也提供了发送变长数据的函数，只不过名称稍微有些变化，我们想，之前寄存器实现边长数据的接收时多利用了一个检测空闲帧的位IDLE，所以在HAL库中关于变长数据的接收函数名上就带了IDLE，即如下图

        上图所示函数的描述就是我们用来接收变长数据的函数了。可以发现这里参数的变化就在于之前我们要传入的字符长度这里变成了两个参数，即一个是我们接收字符的总长度Size、另一个是指针表示，显然就是表示我们接收到的字符实际的长度*RxLen。

那么·，我们现在就来对此测试一下，代码如下，就是把接收函数换了一个

我们编译烧录看看效果

显然，这里我们成功接收并发送了变长数据，说明本次测试成功了！

       这样，我们本次轮询方式的HAL库实现就完毕了，主要就是做了定长数据的发送或接收以及变长数据的接收和发送。

        其中，关于一些异常情况我们这里没有展示，当然大家可以自己去试试看，当定长数据的接收与发送时，如果电脑给芯片发了不是规定长度的字符会出现什么情况。

3.3 相关函数介绍

       本次我们调用了几个HAL库提供的库函数，这里展示一下官方提供的详细的函数说明，只不过是英文的，可以当作锻炼自己翻译能力，或者如果实在看不懂也可以去用翻译软件翻译一下。

3.3.1 发送数据函数 HAL_UART_Transmit

/**
  * @brief  Sends an amount of data in blocking mode.
  * @note   When UART parity is not enabled (PCE = 0), and Word Length is configured to 9 bits (M1-M0 = 01),
  *         the sent data is handled as a set of u16. In this case, Size must indicate the number
  *         of u16 provided through pData.
  * @param  huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *               the configuration information for the specified UART module.
  * @param  pData Pointer to data buffer (u8 or u16 data elements).
  * @param  Size  Amount of data elements (u8 or u16) to be sent
  * @param  Timeout Timeout duration
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

/**
  * @brief  HAL Status structures definition
  */
typedef enum
{
  HAL_OK       = 0x00U,
  HAL_ERROR    = 0x01U,
  HAL_BUSY     = 0x02U,
  HAL_TIMEOUT  = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;

3.3.2 接收定长数据函数 HAL_UART_Receive

/**
  * @brief  Receives an amount of data in blocking mode.
  * @note   When UART parity is not enabled (PCE = 0), and Word Length is configured to 9 bits (M1-M0 = 01),
  *         the received data is handled as a set of u16. In this case, Size must indicate the number
  *         of u16 available through pData.
  * @param  huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *               the configuration information for the specified UART module.
  * @param  pData Pointer to data buffer (u8 or u16 data elements).
  * @param  Size  Amount of data elements (u8 or u16) to be received.
  * @param  Timeout Timeout duration
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);


/**
  * @brief  HAL Status structures definition
  */
typedef enum
{
  HAL_OK       = 0x00U,
  HAL_ERROR    = 0x01U,
  HAL_BUSY     = 0x02U,
  HAL_TIMEOUT  = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;

3.3.3 接收变长数据函数 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle

/**
  * @brief Receive an amount of data in blocking mode till either the expected number of data is received or an IDLE event occurs.
  * @note   HAL_OK is returned if reception is completed (expected number of data has been received)
  *         or if reception is stopped after IDLE event (less than the expected number of data has been received)
  *         In this case, RxLen output parameter indicates number of data available in reception buffer.
  * @note   When UART parity is not enabled (PCE = 0), and Word Length is configured to 9 bits (M = 01),
  *         the received data is handled as a set of uint16_t. In this case, Size must indicate the number
  *         of uint16_t available through pData.
  * @param huart   UART handle.
  * @param pData   Pointer to data buffer (uint8_t or uint16_t data elements).
  * @param Size    Amount of data elements (uint8_t or uint16_t) to be received.
  * @param RxLen   Number of data elements finally received (could be lower than Size, in case reception ends on IDLE event)
  * @param Timeout Timeout duration expressed in ms (covers the whole reception sequence).
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint16_t *RxLen, uint32_t Timeout)

以上便是本次文章的所有内容，欢迎各位朋友在评论区讨论，本人也是一名初学小白，愿大家共同努力，一起进步吧！

鉴于笔者能力有限，难免出现一些纰漏和不足，望大家在评论区批评指正，谢谢！

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