STM32串口通信（基于缓冲区）编程及遇到的问题总结

只看该作者 · 2022-7-26 13:36

在写串口通信前阅读了STM32中文参考手册，然后满心澎湃地写代码。在这个过程中遇一些让人郁闷的事情，目前这些问题目前已经解决了（嘿嘿嘿），特此来总结一番。串口的使用步骤大概如下（51单片机、STM32、QT或VS编写PC串口上位机都是如此）

1、初始化串口参数（波特率、数据位、停止位、校验位、流控制、开启接收/发送）
2、配置串口中断

3、数据传输

那么STM32怎么使用串口呢？上面已经说了嘛，所以按照以上步骤即可。可是由于STM32的引脚是可以复用的，我们还需要设置串口通信引脚（GPIO）的工作方式，然后再设置串口参数、串口中断。

下文函数基于STM32固件库V3.5，以STM32F103RC的串口1的使用为例。

只看该作者 · 2022-7-26 14:00

一、串口的初始化和中断设置

1、初始化GPIO：

根据手册的8.1.11节，我们可以找到下表：

只看该作者 · 2022-7-26 14:00

在全双工的模式下，发送引脚需要设置为推挽复用输出，接收引脚则设置为浮空输入或带上拉的输入。因为一般不用同步和流量控制的方式，所以CK、RST、CTS引脚不作配置。

只看该作者 · 2022-7-26 14:13

当然啦，在使用STM32外设的时候不要忘记打开外设时钟（GPIO和USART的RCC）。

只看该作者 · 2022-7-26 14:13

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GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

        

//开启串口和GPIO的时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

        

//配置发送引脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

//发送引脚设置为推挽复用

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

        

//配置接收引脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

//接收引脚设置为浮空输入

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

只看该作者 · 2022-7-26 14:15

2、配置串口参数

有专门用于初始化串口的库函数（USART_Init）和对应的结构体（USART_InitTypeDef），好像每个外设都有这样的配套，具体内容可参看《STM32F10xxx固件库_3.xx.pdf》。

只看该作者 · 2022-7-26 14:15

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USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

//波特率

USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;                                        

//数据长度

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

//停止位

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

//校验位

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;

//流控制

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

//打开发送和接收模式

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

//初始化串口1

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

只看该作者 · 2022-7-26 14:18

3、中断配置
在使用STM32的中断前，要对NVIC中断控制器进行配置，设置中断的优先级。

只看该作者 · 2022-7-26 14:20

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//配置中断优先级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

只看该作者 · 2022-7-26 14:22

4、使能串口及串口中断
注意1：初始化时不要随意打开TXE中断！只要TX-DR寄存器为空，TX和TXE标志都会马上被置位而立即会产生中断（参考《STM32中文参考手册》的25.3.2节），即使中断标志被清除，也会被重新置位。因此，我采用的是TC中断而不是采用TXE中断。

只看该作者 · 2022-7-26 14:23

只看该作者 · 2022-7-26 14:25

注意2：不要采用在一个中断配置函数中同时打开两个中断！例如：USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC | USART_IT_RXNE, ENABLE); 咋眼一看，明明只打开TC中断和RX中断，然而却会同时把TXE中断也打开。

只看该作者 · 2022-7-26 14:25

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//串口1使能

USART_Cmd(USART1, ENABLE);

//清除接收中断标记

USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);

//清除发送完成中断标记

USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);

//打开串口1发送完中断

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);

//打开串口1接收中断                两个中断不能在一个函数中同时打开！！！太坑了T_T

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

只看该作者 · 2022-7-26 14:38

这样，串口1配置好了。但代码一运行就会发现不妥！为什么每次初始化完成就马上进入中断了呢？？？遇到这种现象千万不要大惊小怪，我很淡(dan)定（teng）地做了个实验，发现处理器复位后，串口的SR寄存器中的TC标志会被置位。而根《STM32中文参考手册》25.3.2节，在串口使能后会自动发送一个空闲帧，发送完毕后TC也会置位，所以初始化将导致串口初始化完毕后马上进入TC中断。为了避免这种情况，可以在串口使能后等待空闲帧发送完毕，再打开TC中断。

只看该作者 · 2022-7-26 14:41

具体看下面完整的初始化代码：

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//配置串口1

void USART1_Config()

{

        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

        

        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

        

        //配置发送引脚

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

        //发送引脚设置为推挽复用

        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

        

        //配置接收引脚

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

        //接收引脚设置为浮空输入

        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

        

        //波特率

        USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;                                        

        //数据长度

        USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

        //停止位

        USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

        //校验位

        USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;

        //流控制

        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

        //打开发送和接收模式

        USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

        //初始化串口1

        USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

 

        //USART1->SR寄存器复位后TC位为1，在此清零

        USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);                

        //串口1使能

        USART_Cmd(USART1, ENABLE);

        

        //使能后串口发送一个空闲帧，等待空闲帧发送完毕后将TC标记位清零

         while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET);

        //否则开启TC中断后会马上中断

         USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);

                

        //配置中断优先级

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

        

        /***************************************************************

                注意：初始化时不要随意打开TXE中断，

                因为只要TX-DR寄存器为空，TX和TXE都会马上被置位而立即会产生中断

        ***************************************************************/

        

        //清除接收中断标记

        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);

        //清除发送完成中断标记

        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);

        //打开串口1发送完中断

        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);

        //打开串口1接收中断                两个中断不能在一个函数中同时打开！！！太坑了T_T

        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

}

只看该作者 · 2022-7-26 15:41

二、数据的发送和接收(注：以下代码有bug，博主至今还未找到原因T-T，仅供思路以参考！)
      为了提高代码的效率，我使用基于环形缓冲的串口通信方式。

      发送数据原理：把要发送的数据全部加入到缓冲区中，让处理器开始发送。一个数据发送结束后，即会产生TC中断，此时在中断服务程序中发送下一个数据。像吃饭看电视，在夹菜（发数据）的时候才要把注意力放到菜盘子上，嚼饭的时候（数据发送中）可以看电视，在开始发送数据到数据发送完毕触发中断的这段时间里，处理器可以去做别的事情。

      接收数据原理：当一个数据接收完毕后，将数据立存入缓冲区而不处理，并在未处理数据的计数器上加1。等到处理器空闲，再从缓冲区读取这些数据做并处理（不在中断函数中）。

      如此一来，串口的收发速率并不受影响，还能保证处理器在数据收发的过程中并行执行其他任务。

只看该作者 · 2022-7-26 15:43

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#include "usart1.h"

#include "string.h"

 

//发送缓冲区

u8 Usart1_SendBuffer[USART_SendBufferSize];

//接收缓冲区

u8 Usart1_RecvBuffer[USART_RecvBufferSize];

 

//发送缓冲区指针

int Usart1_SendPointer = 0;

//接收缓冲区指针

int Usart1_RecvPointer = 0;

 

//发送字符队列的长度

int Usart1_SendDataSize = 0;

//接收未处理字符数

int Usart1_RecvDataSize = 0;

 

//串口1发送状态

int Usart1_SendStatus = USART_Status_Idle;

 

//生成字符串的缓冲区

char StringBuffer[100];

 

//发送字符串

void USART1_SendString(char *str)

{

//         while(*str)

//         {

//                 USART1_SendByte(*str++);

//         }

        USART1_SendArray((u8*)str, strlen(str));

}

 

//发送字节队列

void USART1_SendArray(u8 *DataArray, int count)

{

        if(count <= 0)

        {

                return;

        }

        

        while(count)

        {

                USART1_SendByte(*DataArray++);

                count --;

        }

}

 

//发送一个字节

void USART1_SendByte(u8 data)

{

        int pos;

 

        //如果缓冲区满了，要等待

        while(Usart1_SendDataSize >= USART_SendBufferSize);

 

        //计算数据在缓冲区的位置

        pos = Usart1_SendPointer + Usart1_SendDataSize;

        

        //数据位置超过缓冲区尾地址

        if(pos >= USART_SendBufferSize)

        {        

                //重新计算位置

                pos = pos - USART_SendBufferSize;

        }

        Usart1_SendBuffer[pos] = data;

        Usart1_SendDataSize ++;

        

        //如果串口空闲，立即发送

        if(Usart1_SendStatus == USART_Status_Idle)

        {

                Usart1_SendStatus = USART_Status_Busy;

                USART_SendData(USART1, Usart1_SendBuffer[Usart1_SendPointer++]);

                

                //指针移动到缓冲区尾地址后,循环到缓冲区首地址

                if(Usart1_SendPointer == USART_SendBufferSize)

                {

                        Usart1_SendPointer = 0;                                        

                }

                        

                Usart1_SendDataSize --;

        }

}

 

 

//串口1中断服务程序

void USART1_IRQHandler()

{

        //判断发送完成中断

        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) == SET)

        {        

                //清空发送完成TC标记位

                USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);

                //清空串口发送完成中断TCIE标记

                USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);

                

                if(Usart1_SendDataSize > 0)

                {

                        //发送下一个数据

                        USART_SendData(USART1, Usart1_SendBuffer[Usart1_SendPointer++]);

                        

                        //指针移动到缓冲区尾地址后,循环到缓冲区首地址

                        if(Usart1_SendPointer == USART_SendBufferSize)

                        {

                                Usart1_SendPointer = 0;                                        

                        }

                        

                        //待发送数据减1

                        Usart1_SendDataSize --;

                }

                else

                {

                        //发送完毕，串口1发送状态：空闲

                        Usart1_SendStatus = USART_Status_Idle;

                }                

        }

        

        //接收中断

        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)

        {        

                //清空串口接收标记

                USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);

                

                //获取缓冲区数据          

                Usart1_RecvBuffer[Usart1_RecvPointer++] = USART_ReceiveData(USART1);

                

                //如果没有溢出，待处理数据+1。否则丢弃该数据

                if(Usart1_RecvDataSize < USART_RecvBufferSize)

                {

                        Usart1_RecvDataSize ++;

                }

                

                //指针移动到缓冲区尾地址后,循环到缓冲区首地址

                if(Usart1_RecvPointer == USART_RecvBufferSize)

                {        

                        Usart1_RecvPointer = 0;                                        

                }

        }

}

只看该作者 · 2022-7-27 18:34

总结得很全面

只看该作者 · 2022-10-4 10:20

显然直接调用的话，那么调用线程会被阻塞暂停

只看该作者 · 2022-10-4 14:22

我们从以前就有了 DefineGender 方法，要求提供的输入值必须始终为 0 或 1。