本文作者通过实例细说STM32 单片机通过USART串口中断与上位机（比如串口助手）进行收发控制的实现方法。实例使用的开发板型号NUCLEO-G474RE，MCU型号STM32G474RET6。
一、工程的目的
1、实例项目的设计目的
下载，首次运行后，串口助手先接受字符串，然后每隔1秒接受一次RTC的时间，不被打扰的时候，连续接收，无止尽；
按照串口协议，在串口助手发送修改小时、分钟、秒、暂停上传、恢复上传的指令。
发送修改小时、分钟、秒指令后，在串口助手里依次显示指令字符并更新相应的RTC时间。
发送暂停上传指令后，显示指令字符串，并停止显示新的内容。
发送恢复上传指令后，显示指令字符串，并恢复显示新的时间内容。
PC端发送的指令字符串为固定的长度，比如5字节；超过指定的指令长度，会引起下位机工作混乱，直至得不到正确的结果。
2、串口通讯的协议
串口 发送的 数据要符合格式，起始符#，结束符；，第2位：H代表小时，M代表分钟，S代表秒，U代表禁止上传或恢复上传。其它字符是非法字符。第3-4位代表时间（时分秒），占两位数，空位用0补，不得空位。
二、工程设置
1、时钟
外部高速时钟，24MHz，HSE，APB等都是170MHz；
外部低速时钟，32.768KHz，LSE=32.768KHz to RTC；
2、DEBUG
Serial Wire；
3、 RTC
首先启用LSE和RTC，在时钟树上设置LSE作为RTC的时钟源。
勾选Activate Clock Source和Activate Calendar，选择Internal Wakeup；
Calendar Time：Data Format为Binary data format，Hours=15，Minutes=23，Seconds=10
Wake Up： Wake Up Clock(唤醒时钟源)为1Hz信号，Wake Up Counter(唤醒计数器)值为0，也就是每秒唤醒一次。
其它参数默认；
4、USART2
Mode：工作模式，设置为Asynchronous(异步)，也是串口最常用的模式；
Hardware Flow Control (RS232)：硬件流控制设置为Disable。
参数设置部分包括串口通信的4个基本参数和STM32的2个扩展参数。
4个基本参数如下：
Baud Rate：设置为115200 bit/s。
Word Length：字长(包括奇偶校验位)设置为8位。
Parity：设置为None。如果设置有奇偶校验，字长应该设置为9位。
Stop Bits：设置为1位。
STM32 MCU扩展的2个参数如下：
Data Direction：数据方向设置为Receive and Transmit(接收和发送)。还可以设置为只接收或只发送。
Over Sampling：过采样设置为16 Samples，可选16 Samples或8 Samples。选择不同的过采样数值会影响波特率的可设置范围，而CubeMX会自动更新波特率的可设置范围。
其它参数默认；
5、NVIC
RTC唤醒中断、USART中断，抢占式优先级均=1，Time Base中断=0。
6、Project Manager Code Generater
在这个页面中，把下面图中的多选框选中，启用外设.c/.h数据对。
二、代码
1、main.c
int main(void)
{
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_RTC_Init();
MX_USART2_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
uint8_t hello1[]="Hello,blocking 1\n";
HAL_UART_Transmit(&huart2,hello1,sizeof(hello1),500); //阻塞模式
HAL_Delay(10);
uint8_t hello2[]="Recent RTC time\n";
HAL_UART_Transmit_IT(&huart2,hello2,sizeof(hello2));
HAL_Delay(10);
HAL_UART_Receive_IT(&huart2,rxBuffer,RX_CMD_LEN); //中断方式接收5字节
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if(isUploadTime == 1)
{
HAL_RTCEx_WakeUpTimerEventCallback(&hrtc);
}
}
/* USER CODE END 3 */
}
在进入while循环之前，程序调用函数HAL_UART_Transmit(),以阻塞方式发送了字符串“ ”，又调用HAL_UART_Transmit IT()，以非阻塞方式发送了字符串“ ”。在最后进入while循环之前执行的是下面的语句：
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,rxBuffer,RX_CMD_LEN)；
其中，RX_CMD_LEN是在usart.h文件中定义的宏，含义是接收到的指令的长度，数值为5；rxBuffer是在文件usart.c中定义的长度为5字节的数组，作为接收数据的缓冲区。执行这行语句后，USART2就以中断方式接收5字节数据，接收到5字节数据后，数据会保存到数组rxBuffer里，并产生UART_IT_RXNE事件中断，执行回调函数HAL_UART_RxCpltCallback()。
while(1) 的无限循环中，始终在执行RTC的唤醒中断的回调函数，保证设计目的中的要求的“串口助手先接受字符串，然后每隔1秒接受一次RTC的时间，不被打扰的时候，连续接收，无止尽”。
如果在while(1) 的无限循环为空循环，不能得到稳定的设计目的所需要上面那样的显示效果，debug调试的时候能达到设计目的所需的显示效果，首次下载运行后能连续显示如设计目的所需的的显示效果，再次下载运行后只显示一行就停下来了。这里作者遇到的问题如何来克服，就留给聪明的网友吧。
2、usart.h
/* USER CODE BEGIN Private defines */
#define RX_CMD_LEN 5 //指令长度5字节
extern uint8_t rxBuffer[]; //5字节的输入缓冲区，如#H15;
extern uint8_t isUploadTime;//是否上传时间数据
/* USER CODE END Private defines */
void MX_USART2_UART_Init(void);
/* USER CODE BEGIN Prototypes */
void on_UART_IDLE(UART_HandleTypeDef *huart); //IDLE中断检测
void updateRTCTime(); //对接收指令的处理
/* USER CODE END Prototypes */
3、usart.c
USART的初始化程序是CubeIDE自动生成的。
/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "rtc.h"
#include <string.h>
uint8_t proBuffer[10] = "#S45;\n"; //用于处理数据, #H12; #M23; #S43;
uint8_t rxBuffer[10] = "#H15;\n"; //接收缓存数据, #H12; #M23; #S43;
uint8_t rxCompleted = RESET; //HAL_UART_Receive_IT()接收是否完成
uint8_t isUploadTime = 1; //是否上传时间数据
/* USER CODE END 0 */
回调函数：
/* USER CODE BEGIN 1 */
/*串口接收完毕中断回调函数*/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if (huart->Instance == USART2)
{
/* 接收到固定长度数据后使能UART_IT_IDLE中断，在UART_IT_IDLE中断里再次接收 */
rxCompleted = SET;
/* 如果接收完毕，就把rxBuffer的前RX_CMD_LEN位映射给proBuffer */
for(uint16_t i=0;i<RX_CMD_LEN;i++)
proBuffer=rxBuffer;
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_IDLE); //允许IDLE中断
}
}
/*IDLE事件中断的检测与处理*/
void on_UART_IDLE(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if (__HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_IDLE) == RESET) //IDLE中断挂起标志位是否reset
return;
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart); //清除IDLE挂起标志
__HAL_UART_DISABLE_IT(huart, UART_IT_IDLE); //禁止IDLE事件中断
if (rxCompleted)
{
//把接收到的指令字符显示到串口助手
HAL_UART_Transmit(huart,proBuffer, strlen((char*)(proBuffer)), 200);
HAL_Delay(10); //适当地延时，否则updateRTCTime()可能出错
updateRTCTime(); //把接收到的指令更新RTC时间
/*更新完RTC时间后，要把rxCompleted复位，并再次启动串口接收，让程序处于等待串口输入的状态*/
rxCompleted = RESET;
/* 再次启动串口接收 */
HAL_UART_Receive_IT(huart, rxBuffer, RX_CMD_LEN);
}
}
/*根据串口接受来的指令字符串，更新修改RTC时间*/
void updateRTCTime() //根据串口接收的指令字符串进行处理
{
if (proBuffer[0] != '#') //收到无效指令
return;
/* -0x30 操作用于将ASCII码表示的字符（假设是数字'0'~'9'）转换为其对应的整数 */
uint8_t timeSection = proBuffer[1]; //类型字符
uint8_t tmp10 = proBuffer[2]-0x30; //十位
uint8_t tmp1 = proBuffer[3]-0x30; //个位
uint8_t val= 10*tmp10+tmp1;
if (timeSection=='U')
{
if( tmp1 == 0)
{
isUploadTime = 0; //pause
return;
}
else
isUploadTime = 1; //resume
}
RTC_TimeTypeDef sTime;
RTC_DateTypeDef sDate;
if (HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN) == HAL_OK)
{
//调用HAL_RTC_GetTime()之后必须调用HAL_RTC_GetDate()以解锁数据，才能连续更新Date and Time
HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN);
if (timeSection=='H') //修改hour
sTime.Hours=val;
else if (timeSection=='M') //修改minute
sTime.Minutes=val;
else if (timeSection=='S') //修改second
sTime.Seconds=val;
HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN); //设置RTC时间影响到下一次唤醒
}
}
/* USER CODE END 1 */
updateRTCTime()用于对接收的一条指令进行解析和执行。上位机发来的指令的格式定义如表，程序就按照指令格式规范提取指令类型和指令参数，然后做出相应的处理，例如，接收的指令字符串是“#H10;”，就表示要将RTC时间的小时修改为10。
updateRTCTime()代码中的 -0x30 操作用于将ASCII码表示的字符（假设是数字'0'到'9'）转换为其对应的整数值。在ASCII码表中，数字'0'的编码是0x30（十进制中的48），数字'1'的编码是0x31（十进制中的49），依此类推，直到数字'9'的编码是0x39（十进制中的57）。因此，当你从某个数组（如proBuffer）中读取一个字节，该字节被假定为表示一个ASCII编码的数字字符时，你可以通过从这个字符的ASCII码值中减去'0'的ASCII码值（即0x30）来得到该数字字符所代表的实际整数值。例如：如果proBuffer[2]包含的是数字字符'5'的ASCII码（即0x35），那么proBuffer[2] - 0x30的计算结果就是0x35 - 0x30 = 0x05，这等于十进制中的5。
4、stm32g4xx_it.c
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "usart.h"
/* USER CODE END Includes */
void USART2_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */
/* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */
on_UART_IDLE(&huart2);
/* USER CODE END USART2_IRQn 1 */
}
在此ISR中，增加了一条语句on_UART_IDLE(&huart2)，用于检测USART2空闲事件中断并做相应处理。函数on_UART_IDLE(）在usart.h文件中定义。串口的空闲事件中断(事件类型UART_IT_IDLE)没有对应的回调函数，所以需要自己创建该函数。
5、rtc.c
RTC的初始化程序是CubeIDE自动生成的。
/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "usart.h"
#include <stdio.h> //用到函数sprintf()
#include <string.h> //用到函数strlen()
uint8_t second = 100; //大于60的int，sTime.Seconds
/* USER CODE END 0 */
RTC时钟唤醒中断回调函数：
/* USER CODE BEGIN 1 */
/*间隔1s的RTC时钟唤醒事件中断回调函数*/
void HAL_RTCEx_WakeUpTimerEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
RTC_TimeTypeDef sTime;
RTC_DateTypeDef sDate;
if (HAL_RTC_GetTime(hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN) == HAL_OK)
{
HAL_RTC_GetDate(hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN);
uint8_t timeStr[20];
//时间字符串格式hh:mm:ss
sprintf((char*)timeStr,"%2d:%2d:%2d\n",sTime.Hours,sTime.Minutes,sTime.Seconds);
//按RTC格式和周期，把RTC实时时钟发到串口助手
if ((isUploadTime ==1)&&((uint8_t)sTime.Seconds != second))
{
second = (uint8_t)sTime.Seconds;
//strlen()以结束符'\0'为标志计算字符串长度，但是不包含'\0',上位机只要换行符'\n'
HAL_UART_Transmit(&huart2,timeStr,strlen((char*)(timeStr)),200);
}
}
}
/* USER CODE END 1 */
两个字节型数组rxBuffer和proBuffer，其中，rxBuffer是串口接收数据缓冲区，proBuffer是接收完成后复制rxBuffer的内容，然后用于指令解析操作的数组。变量rxCompletet表示是否已完成一个缓冲区的中断方式接收，变量isUploadTime用于控制RTC周期唤醒中断里是否上传时间字符串数据。
函数updateRTCTime()的功能
RTC时钟唤醒回调函数的功能是读取RTC当前时间，将这个时间转换为字符串timeStr。如果变量isUploadTime的值不为零，就通过串口向上位机发送此字符串。这里使用了阻塞式函数HAL_UART_Transmit()，也可以使用非阻塞模式的函数HAL_UART_Transmit_IT()。变量isUploadTime是在文件usart.c里定义的，其值可以根据串口接收的指令改变，当isUploadTime的值变为0时，就不向上位机传输时间字符串了。
在使用sprintf()函数创建时间字符串时，为了让上位机自动换行显示，在字符串最后加了换行符\n，实际上，还会在换行符后面自动加上结束符\0。在使用函数HAL_UART_Transmit()向上位机传输字符串时，实际传输字符的个数用strlen(timeStr)计算，strlen()以结束符\0为标志计算字符串实际长度，但是不包含结束符\0。不能用sizeof()替代strlen()，因为sizeof(timeStr)得到的结果是数组的维数20。
second变量用于规避显示重复的RTC数值，因为RTC更新的频率和串口发送的速率很难做到步调一致的，所以只允许发送不一样的RTC时间内容。
函数on_UART_IDLE()的功能
on_UART_IDLE()用于检测是否发生了空闲事件中断(UART_IT_IDLE类型事件中断)，并且做出相应的处理。UART_IT_IDLE类型事件中断在串口初始化时默认是关闭的，而且没有相应的回调函数，所以编写了函数on_UART_IDLE()，并且在USART2的ISR函数USART2_IRQHandler()里调用。
如果发生了UART_IT_IDLE类型事件中断，是因为在HAL_UART_RxCpltCallback()函数里开启了UART_IT_IDLE类型事件中断，表示串口数据接收完成了，就清除该中断标志，并禁止UART_IT_IDLE类型事件中断。因为串口经常处于空闲状态，如果此事件中断一直开启，将非常占用处理器时间。
如果rxCompleted被置位，就表示上次执行HAL_UART_Receive_IT()接收一个缓冲区的数据已经完成，就调用updateRTCTime()函数对接收的指令数据进行解析处理，处理完成后将rxCompleted置零，并再次执行HAL_UART_Receive_IT(huart,rxBuffer,RX_CMD_LEN)开启下一次串口中断方式接收。
回调函数HAL_UART_RxCpltCallback()的功能
HAL_UART_RxCpltCallback是在串口发生UART_IT_RXNE事件中断时的回调函数，也就是以HAL_UART_Receive_IT()启动串口数据接收，并完成指定长度数据接收后调用的回调函数。这个回调函数的代码功能是置位rxCompleted，将接收数据缓冲区rxBuffer里的数据复制到指令解析处理缓冲区proBuffer，然后开启UART_IT_IDLE类型事件中断。
HAL_UART_Receive_IT()完成一次数据接收后就关闭了串口接收中断，不会自动进行下一次的接收，需要再次调用HAL_UART_Receive_IT()才能启动下一次的接收，但不能在回调函数HAL_UART_RxCpltCallback()里调用HAL_UART_Receive_IT()。为了能连续进行中断方式的串口接收，在完成一次接收，并且串口状态为空闲，也就是发生UART_IT_IDLE类型事件中断时，对接收到的指令数据进行处理，然后再次调用HAL_UART_Receive_IT()以启动下一次的接收。
三、运行与调试
下载，运行，首先显示两行字符串，然后连续显示时间，间隔1s。
从PC端发送修改时间、分钟、秒，先依次显示命令字符串，然后按修改后的数值，继续连续显示时间；
从PC端发送暂停发送命令，PC端先显示命令字符串，然后停止了继续显示；
从PC端发送恢复发送命令，PC端先显示命令字符串，然后恢复继续显示时间；
暂停发送后，发送修改小时、分钟、秒等命令，只显示命令字符串，并不显示修改后的时间内容，但不代表修改时间的内容没有发生，事实上，在后台已经修改完毕；此后，PC端如发送恢复发送命令后，PC端会显示更新后的实时时间内容。
本实例实现的串口发送指令字符串，是指定长度的。MCU一次固定接收5个字节的数据。如果PC端发送的数据长了，导致MCU端一次接收到的数据大于5个字节，那么程序就混乱了。比如PC端发送#S456；第一次发送后，PC端显示#S456，RTC时间内容也被更新到了45s。但是，再发送一次#S456；PC端显示;#S45，并且RTC时间也没有被更新。此后，无论发送什么指令，长度如何，MCU的程序都视若罔闻。
串口助手不要开启\r\n（这个功能是发送新行），因为，一旦开启，就相当于改变了发送端发送的数据的长度，发送端自动增加了一个字节的数据0x0A，接收端接收到的指令的长度不是5字节。产生如上类似的事故。
第一次发送第一条指令后，RTC时间得到了更新，但是此后无论发送什么数据，MCU都视若罔闻。
上述问题的解决的办法：检测起始符#，检测结束符；判断指令内容和长度。最关键的是数据复制proBuffer后，清空rxBuffer，然后再开启中断接收新的数据；
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