基于STM32之UART串口通信协议（三）接收
一、前言
1、简介
回顾上一篇UART发送当中，已经讲解了如何实现UART的发送操作了，接下来这一篇将会继续讲解如何实现UART的接收操作。
2、UART简介
嵌入式开发中，UART串口通信协议是我们常用的通信协议之一，全称叫做通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。
3、准备工作
在UART详解中已经有了详细的说明，按照里面的说明即可。
注：
建议每次编写好一个相关功能且测试功能成功使用后，保存备份并压缩成一份Demo例程，方便日后有需要的时候可以直接使用。
例如：
二、CubeMx配置及函数说明
说明：
如果有看过我写的UART发送的兄弟姐妹们应该会知道，在UART发送和UART详解中的CubeMx配置都是一样的。
但这一次不同，会在原本配置CubeMx的基础上，添加一些UART的中断配置来实现中断接收操作。
1、CubeMx配置
1）按照UART详解配置UART（若配置过，可以继续使用）
2）使能串口中断
3）设置中断优先级（如果没开启其他中断，那就默认即可，直接跳过）
4）代码生成（点击前最好把原本的工程关掉，不然有可能会有问题）
2、函数说明
1）CubeMx生成的UART初始化（在usart.c中）
说明：
会与上一篇UART发送的UART初始化有所不同，因为在这一篇我们开启了中断处理，简单了解一下即可。
1 UART_HandleTypeDef huart1;
2
3 /* USART1 init function */
4
5 void MX_USART1_UART_Init(void)
6 {
7
8 huart1.Instance = USART1;
9 huart1.Init.BaudRate = 115200;
10 huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
11 huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
12 huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
13 huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
14 huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
15 huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
16 if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
17 {
18 Error_Handler();
19 }
20
21 }
22
23 void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
24 {
25
26 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
27 if(uartHandle->Instance==USART1)
28 {
29 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */
30
31 /* USER CODE END USART1_MspInit 0 */
32 /* USART1 clock enable */
33 __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
34
35 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
36 /**USART1 GPIO Configuration
37 PA9 ------> USART1_TX
38 PA10 ------> USART1_RX
39 */
40 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;
41 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
42 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
43 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
44 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;
45 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
46
47 /* USART1 interrupt Init */
48 HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);
49 HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
50 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */
51
52 /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
53 }
54 }
55
56 void HAL_UART_MspDeInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
57 {
58
59 if(uartHandle->Instance==USART1)
60 {
61 /* USER CODE BEGIN USART1_MspDeInit 0 */
62
63 /* USER CODE END USART1_MspDeInit 0 */
64 /* Peripheral clock disable */
65 __HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE();
66
67 /**USART1 GPIO Configuration
68 PA9 ------> USART1_TX
69 PA10 ------> USART1_RX
70 */
71 HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10);
72
73 /* USART1 interrupt Deinit */
74 HAL_NVIC_DisableIRQ(USART1_IRQn);
75 /* USER CODE BEGIN USART1_MspDeInit 1 */
76
77 /* USER CODE END USART1_MspDeInit 1 */
78 }
79 }
2）CubeMx生成的UART中断处理函数（在stm32f4xx_it.c中）
说明：
当USART1发生中断事件时，程序会进行该函数，所以我们会在这个函数编写好程序，来处理我们的中断事件。
1 /** 2 * @brief This function handles USART1 global interrupt. 3 */ 4 void USART1_IRQHandler(void) 5 { 6 /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */ 7 8 /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */ 9 HAL_UART_IRQHandler(&huart1); 10 /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */ 11 12 /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ 13 }
3）HAL库函数HAL_UART_Transmit（在stm32f4xx_hal_uart.c中）
说明：
该函数能够通过huart串口发送Size位pData数据。
参数说明：
huart ：选择用来发送的UART串口
pData ：指向将要发送的数据的指针
Size ：发送数据的大小
Timeout：超时时间
1 /**
2 * @brief Sends an amount of data in blocking mode.
3 * @param huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
4 * the configuration information for the specified UART module.
5 * @param pData Pointer to data buffer
6 * @param Size Amount of data to be sent
7 * @param Timeout Timeout duration
8 * @retval HAL status
9 */
10 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
11 {
12 uint16_t *tmp;
13 uint32_t tickstart = 0U;
14
15 /* Check that a Tx process is not already ongoing */
16 if (huart->gState == HAL_UART_STATE_READY)
17 {
18 if ((pData == NULL) || (Size == 0U))
19 {
20 return HAL_ERROR;
21 }
22
23 /* Process Locked */
24 __HAL_LOCK(huart);
25
26 huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
27 huart->gState = HAL_UART_STATE_BUSY_TX;
28
29 /* Init tickstart for timeout managment */
30 tickstart = HAL_GetTick();
31
32 huart->TxXferSize = Size;
33 huart->TxXferCount = Size;
34 while (huart->TxXferCount > 0U)
35 {
36 huart->TxXferCount--;
37 if (huart->Init.WordLength == UART_WORDLENGTH_9B)
38 {
39 if (UART_WaitOnFlagUntilTimeout(huart, UART_FLAG_TXE, RESET, tickstart, Timeout) != HAL_OK)
40 {
41 return HAL_TIMEOUT;
42 }
43 tmp = (uint16_t *) pData;
44 huart->Instance->DR = (*tmp & (uint16_t)0x01FF);
45 if (huart->Init.Parity == UART_PARITY_NONE)
46 {
47 pData += 2U;
48 }
49 else
50 {
51 pData += 1U;
52 }
53 }
54 else
55 {
56 if (UART_WaitOnFlagUntilTimeout(huart, UART_FLAG_TXE, RESET, tickstart, Timeout) != HAL_OK)
57 {
58 return HAL_TIMEOUT;
59 }
60 huart->Instance->DR = (*pData++ & (uint8_t)0xFF);
61 }
62 }
63
64 if (UART_WaitOnFlagUntilTimeout(huart, UART_FLAG_TC, RESET, tickstart, Timeout) != HAL_OK)
65 {
66 return HAL_TIMEOUT;
67 }
68
69 /* At end of Tx process, restore huart->gState to Ready */
70 huart->gState = HAL_UART_STATE_READY;
71
72 /* Process Unlocked */
73 __HAL_UNLOCK(huart);
74
75 return HAL_OK;
76 }
77 else
78 {
79 return HAL_BUSY;
80 }
81 }
4）HAL库函数HAL_UART_Receive（在stm32f4xx_hal_uart.c中）
说明：
该函数能够通过huart串口接收Size位pData数据。
参数说明：
- huart ：选择用来接收的UART串口
- pData ：指向将要存放数据的指针
- Size ：接收数据的大小
- Timeout：超时时间
1 /**
2 * @brief Receives an amount of data in blocking mode.
3 * @param huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
4 * the configuration information for the specified UART module.
5 * @param pData Pointer to data buffer
6 * @param Size Amount of data to be received
7 * @param Timeout Timeout duration
8 * @retval HAL status
9 */
10 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
11 {
12 uint16_t *tmp;
13 uint32_t tickstart = 0U;
14
15 /* Check that a Rx process is not already ongoing */
16 if (huart->RxState == HAL_UART_STATE_READY)
17 {
18 if ((pData == NULL) || (Size == 0U))
19 {
20 return HAL_ERROR;
21 }
22
23 /* Process Locked */
24 __HAL_LOCK(huart);
25
26 huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
27 huart->RxState = HAL_UART_STATE_BUSY_RX;
28
29 /* Init tickstart for timeout managment */
30 tickstart = HAL_GetTick();
31
32 huart->RxXferSize = Size;
33 huart->RxXferCount = Size;
34
35 /* Check the remain data to be received */
36 while (huart->RxXferCount > 0U)
37 {
38 huart->RxXferCount--;
39 if (huart->Init.WordLength == UART_WORDLENGTH_9B)
40 {
41 if (UART_WaitOnFlagUntilTimeout(huart, UART_FLAG_RXNE, RESET, tickstart, Timeout) != HAL_OK)
42 {
43 return HAL_TIMEOUT;
44 }
45 tmp = (uint16_t *) pData;
46 if (huart->Init.Parity == UART_PARITY_NONE)
47 {
48 *tmp = (uint16_t)(huart->Instance->DR & (uint16_t)0x01FF);
49 pData += 2U;
50 }
51 else
52 {
53 *tmp = (uint16_t)(huart->Instance->DR & (uint16_t)0x00FF);
54 pData += 1U;
55 }
56
57 }
58 else
59 {
60 if (UART_WaitOnFlagUntilTimeout(huart, UART_FLAG_RXNE, RESET, tickstart, Timeout) != HAL_OK)
61 {
62 return HAL_TIMEOUT;
63 }
64 if (huart->Init.Parity == UART_PARITY_NONE)
65 {
66 *pData++ = (uint8_t)(huart->Instance->DR & (uint8_t)0x00FF);
67 }
68 else
69 {
70 *pData++ = (uint8_t)(huart->Instance->DR & (uint8_t)0x007F);
71 }
72
73 }
74 }
75
76 /* At end of Rx process, restore huart->RxState to Ready */
77 huart->RxState = HAL_UART_STATE_READY;
78
79 /* Process Unlocked */
80 __HAL_UNLOCK(huart);
81
82 return HAL_OK;
83 }
84 else
85 {
86 return HAL_BUSY;
87 }
88 }
三、代码编写：实现UART接收
1、直接接收（不建议）
1）在main主函数中定义一个变量，负责接收数据
1 /* USER CODE BEGIN 1 */ 2 unsigned char uRx_Data = 0; 3 /* USER CODE END 1 */
2）在main主函数while循环中调用HAL库UART接收函数
1 /* Infinite loop */ 2 /* USER CODE BEGIN WHILE */ 3 while (1) 4 { 5 /* 判断是否接收成功 */ 6 if(HAL_UART_Receive(&huart1, &uRx_Data, 1, 1000) == HAL_OK) 7 { 8 /* 将接收成功的数据通过串口发出来 */ 9 HAL_UART_Transmit(&huart1, &uRx_Data, 1, 0xffff); 10 } 11 12 /* USER CODE END WHILE */ 13 14 /* USER CODE BEGIN 3 */ 15 } 16 /* USER CODE END 3 */
整个main函数如下：
1 /** 2 * @brief The application entry point. 3 * @retval int 4 */ 5 int main(void) 6 { 7 /* USER CODE BEGIN 1 */ 8 unsigned char uRx_Data = 0; 9 /* USER CODE END 1 */ 10 11 12 /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/ 13 14 /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ 15 HAL_Init(); 16 17 /* USER CODE BEGIN Init */ 18 19 /* USER CODE END Init */ 20 21 /* Configure the system clock */ 22 SystemClock_Config(); 23 24 /* USER CODE BEGIN SysInit */ 25 26 /* USER CODE END SysInit */ 27 28 /* Initialize all configured peripherals */ 29 MX_GPIO_Init(); 30 MX_USART1_UART_Init(); 31 /* USER CODE BEGIN 2 */ 32 33 /* USER CODE END 2 */ 34 35 /* Infinite loop */ 36 /* USER CODE BEGIN WHILE */ 37 while (1) 38 { 39 /* 判断是否接收成功 */ 40 if(HAL_UART_Receive(&huart1, &uRx_Data, 1, 1000) == HAL_OK) 41 { 42 /* 将接收成功的数据通过串口发出来 */ 43 HAL_UART_Transmit(&huart1, &uRx_Data, 1, 0xffff); 44 } 45 46 /* USER CODE END WHILE */ 47 48 /* USER CODE BEGIN 3 */ 49 } 50 /* USER CODE END 3 */ 51 }
3）编译、下载烧写
4）实现效果（接收到数据后，调用UART发送函数将数据发送到电脑）
说明：
这种接收方式是直接在main函数里的while循环里不断接收，会严重占用程序的进程，且接收较长的数据时，会发生接收错误，如下：
2、中断接收（接收并发送）（不推荐）
1）在HAL_UART_MspInit（在usart.c中）使能接收中断
1 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */ 2 __HAL_UART_ENABLE_IT(uartHandle, UART_IT_RXNE); 3 /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
整个HAL_UART_MspInit函数如下：
1 void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle) 2 { 3 4 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; 5 if(uartHandle->Instance==USART1) 6 { 7 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */ 8 9 /* USER CODE END USART1_MspInit 0 */ 10 /* USART1 clock enable */ 11 __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); 12 13 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); 14 /**USART1 GPIO Configuration 15 PA9 ------> USART1_TX 16 PA10 ------> USART1_RX 17 */ 18 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10; 19 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; 20 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; 21 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; 22 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1; 23 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); 24 25 /* USART1 interrupt Init */ 26 HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0); 27 HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); 28 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */ 29 __HAL_UART_ENABLE_IT(uartHandle, UART_IT_RXNE); 30 /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */ 31 } 32 }
2）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）定义一个变量，负责接收数据
1 unsigned char uRx_Data = 0;
3）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）调用HAL库的UART接收函数以及发送函数
1 /* -1- 接收 */ 2 HAL_UART_Receive(&huart1, &uRx_Data, 1, 1000); 3 /* -2- 将接收成功的数据通过串口发出去 */ 4 HAL_UART_Transmit(&huart1, &uRx_Data, 1, 0xffff);
整个USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）函数如下：
1 /** 2 * @brief This function handles USART1 global interrupt. 3 */ 4 void USART1_IRQHandler(void) 5 { 6 /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */ 7 unsigned char uRx_Data; 8 9 /* -1- 接收 */ 10 HAL_UART_Receive(&huart1, &uRx_Data, 1, 1000); 11 /* -2- 将接收成功的数据通过串口发出去 */ 12 HAL_UART_Transmit(&huart1, &uRx_Data, 1, 0xffff); 13 14 /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */ 15 HAL_UART_IRQHandler(&huart1); 16 /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */ 17 18 /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ 19 }
4）编译、下载烧写
5）实现效果（接收到数据后，调用UART发送函数将数据发送到电脑）
说明：
相对于前面的直接接收方式，该中断接收方式就显得特别人性化了，在没有什么特别事件的时候，单片机会按照原本的程序运行着，等到有数据从UART串口发送过来时，会马上进入UART串口的中断处理函数中，完成相应的中断处理操作，完成后会退出中断函数，并继续原本在进行的程序，这样就不会占用单片机程序太多的进程了。
但仍会发生前面直接接收方式的接收异常状况，主要原因是，在中断处理函数中，我们在接收了数据后并紧接着作出发送的操作，这会出现一个状况，还没来得及将上一次接收到的数据发送出去，就进入下一次接收的中断，然而导致失去了一些数据了。
3、中断接收（先接收完，后处理）（推荐）
说明：
这种接收方式，是在方式2的基础上稍作改进的，较于前两种接收方式，是更好的一种接收方式，不会给原本的程序进程造成太大影响。还可以先接收全部数据（提示：通过定义一个较大的数组来存储），再将数据进行处理，这样能确保接收数据的完整性，并能将数据进行有效的处理、分析。
既然这种方式明显会好一点，那为什么一开始不用这个方式呢？因为通过前面两种方法，可以更容易明白UART接收的操作。
而这次就只要在方式2的基础上作出一些简单的修改就可以了。
1）在HAL_UART_MspInit（在usart.c中）使能接收中断（与方式2相同）
1 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */ 2 __HAL_UART_ENABLE_IT(uartHandle, UART_IT_RXNE); 3 /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
整个HAL_UART_MspInit（在usart.c中）函数如下：
1 void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle) 2 { 3 4 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; 5 if(uartHandle->Instance==USART1) 6 { 7 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */ 8 9 /* USER CODE END USART1_MspInit 0 */ 10 /* USART1 clock enable */ 11 __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); 12 13 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); 14 /**USART1 GPIO Configuration 15 PA9 ------> USART1_TX 16 PA10 ------> USART1_RX 17 */ 18 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10; 19 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; 20 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; 21 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; 22 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1; 23 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); 24 25 /* USART1 interrupt Init */ 26 HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0); 27 HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); 28 /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */ 29 __HAL_UART_ENABLE_IT(uartHandle, UART_IT_RXNE); 30 /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */ 31 } 32 }
2）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）定义三个静态变量
1 static unsigned char uRx_Data[1024] = {0} ; //存储数组 2 static unsigned char * pRx_Data = uRx_Data; //指向存储数组将要存储数据的位 3 static unsigned char uLength = 0 ; //接收数据长度
3）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）调用HAL库的UART接收函数以及发送函数
注：
如下的第2、3步都可以根据自身要求进行改进。
- 第2步：判断接收结束条件，这个可以根据自己想要接收何种类型的数据而定。
- 第3步：数据处理，大家可以在这一步执行自己想要对数据做的一些操作，我这里只是将接收到的数据重新发送出去而已。
1 /* -1- 接收数据 */ 2 HAL_UART_Receive(&huart1, pRx_Data, 1, 1000); 3 4 /* -2- 判断数据结尾 */ 5 if(*pRx_Data == '\n') 6 { 7 /* -3- 将接收成功的数据通过串口发出去 */ 8 HAL_UART_Transmit(&huart1, uRx_Data, uLength, 0xffff); 9 10 /* -4- 初始化指针和数据长度 */ 11 pRx_Data = uRx_Data; //重新指向数组起始位置 12 uLength = 0; //长度清零 13 } 14 /* -5- 若未结束，指针往下一位移动，长度自增一 */ 15 else 16 { 17 pRx_Data++; 18 uLength++; 19 }
整个USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）函数如下：
1 /** 2 * @brief This function handles USART1 global interrupt. 3 */ 4 void USART1_IRQHandler(void) 5 { 6 /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */ 7 static unsigned char uRx_Data[1024] = {0} ; //存储数组 8 static unsigned char * pRx_Data = uRx_Data; //指向存储数组将要存储数据的位 9 static unsigned char uLength = 0 ; //接收数据长度 10 11 /* -1- 接收数据 */ 12 HAL_UART_Receive(&huart1, pRx_Data, 1, 1000); 13 14 /* -2- 判断数据结尾 */ 15 if(*pRx_Data == '\n') 16 { 17 /* -3- 将接收成功的数据通过串口发出去 */ 18 HAL_UART_Transmit(&huart1, uRx_Data, uLength, 0xffff); 19 20 /* -4- 初始化指针和数据长度 */ 21 pRx_Data = uRx_Data; //重新指向数组起始位置 22 uLength = 0; //长度清零 23 } 24 /* -5- 若未结束，指针往下一位移动，长度自增一 */ 25 else 26 { 27 pRx_Data++; 28 uLength++; 29 } 30 31 32 /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */ 33 HAL_UART_IRQHandler(&huart1); 34 /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */ 35 36 /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ 37 }
4）编译、下载烧写
5）实现效果（接收到数据后，调用UART发送函数将数据发送到电脑）
四、结尾
1、总结
这一篇博客带来的是两种简单的接收方式（方式1：直接接收、方式2：中断接收1），还有一种接收方式（方式3：中断接收2），并实现了接收的操作。
但前面两种方式是不推荐的，因为在接收数据的时候，建议程序只在负责接收程序，直至接收完毕为止，数据接收完毕再进入自己处理数据的函数内。
除了上面的方法，还有DMA接收方法没介绍，这里先不说了。
整体来说，自我感觉还是讲解得比较清楚得，如果还有对于此篇博客不懂之处，可以在下方评论留言提问，我会尽快回复的。
2、回顾
1）UART详解
2）UART发送
3、后续
待补充
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感谢阅读～
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