【星云Orbit•STM32F4】06.串口密码：USART数据传递

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 将STM32F407的TX引脚连接到串口调试工具的RX引脚。将STM32F407的RX引脚连接到串口调试工具的TX引脚。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