在嵌入式系统中，UART（通用异步收发传输器）是最常用的通信接口之一。它的简单性、低成本和广泛的支持使其在嵌入式应用中得到了广泛的应用。STM32F4 系列微控制器，作为一款基于 ARM Cortex-M4 内核的高性能 MCU，内置多个 UART 接口，能够轻松实现串口通信。本篇文章将介绍如何在 STM32F4 上实现基本的 UART 串口通信功能，并提供一个示例代码来展示如何使用 STM32 HAL 库配置和使用 UART。
1. STM32F4 系列简介STM32F4 系列是 STMicroelectronics 推出的基于 ARM Cortex-M4 核心的微控制器，拥有高达 180 MHz 的主频和丰富的外设接口。它广泛应用于各种嵌入式系统，如工业控制、汽车电子、通信设备等。STM32F4 系列不仅具备强大的计算能力，还集成了多个串口（USART），使其在处理通信任务时非常高效。
2. 系统设计与架构本项目的目标是使用 STM32F4 系列的 UART 串口进行数据通信。我们将 STM32F4 作为串口的主机，通过 UART 向外部设备发送数据，并接收外部设备返回的数据。此功能可以应用于串口调试、传感器数据采集、无线通信等场景。
我们将通过以下步骤实现 UART 串口通信：
- 配置 UART 外设：选择一个 UART 接口并设置其波特率、数据位、停止位等参数。
- 串口发送数据：编写代码通过 UART 发送数据。
- 串口接收数据：通过中断或轮询的方式接收 UART 数据。
- 测试与调试：使用串口调试工具进行测试，确保通信正常。
3. 硬件连接在 STM该函数等待接收一个字节，并返回接收到的字符。
4.4. 主函数在主函数中，我们可以调用上述函数进行数据发送和接收。32F4 中，UART 接口通常通过两个引脚（TX 和 RX）与外部设备连接：
- TX：STM32F4 的 TX 引脚，用于发送数据。
- RX：STM32F4 的 RX 引脚，用于接收数据。
假设我们使用的是 STM32F407VG 型号，它具有多个 UART 外设，我们可以选择其中一个（例如 UART1）进行串口通信。
4. 配置与代码实现首先，我们可以使用 STM32CubeMX 工具进行外设配置，选择 UART1，并设置适当的波特率（例如 9600 bps）、数据位（8 位）、停止位（1 位）。然后生成初始化代码框架。接下来，我们编写实际的代码，完成串口发送和接收功能。
4.1. UART 初始化代码#include "main.h"
// UART 句柄
UART_HandleTypeDef huart1;
// 初始化 UART1
void UART1_Init(void)
{
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 9600;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) {
Error_Handler();
}
}
4.2. 发送数据通过 HAL_UART_Transmit 函数，可以向 UART 发送数据。以下代码示例展示了如何通过 UART1 发送字符串数据。
// 发送字符串数据
void UART_SendString(char *str)
{
while (*str)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str++, 1, HAL_MAX_DELAY);
}
}
4.3. 接收数据可以通过轮询方式或中断方式接收数据。以下代码展示了使用轮询方式接收一个字符。
// 接收一个字符
char UART_ReceiveChar(void)
{
uint8_t receivedByte;
if (HAL_UART_Receive(&huart1, &receivedByte, 1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
{
return (char)receivedByte;
}
return 0;
}
4.4. 主函数在主函数中，我们可以调用上述函数进行数据发送和接收
int main(void)
{
HAL_Init();
UART1_Init();
// 发送欢迎消息
UART_SendString("Hello, STM32 UART!\r\n");
while (1)
{
// 接收数据并回显
char receivedChar = UART_ReceiveChar();
if (receivedChar != 0)
{
UART_SendString("Received: ");
UART_SendString(&receivedChar);
UART_SendString("\r\n");
}
}
}
5. 测试与调试为了测试 UART 串口通信功能，可以使用串口调试工具（如 PuTTY、Tera Term 或 STM32CubeProgrammer）连接到 STM32 的 UART1 接口。配置相应的波特率和参数后，观察串口的发送和接收情况，确保数据正确发送和接收。
6. 总结本文介绍了如何使用 STM32F4 系列微控制器实现 UART 串口通信。通过配置 UART 外设，编写数据发送与接收函数，我们可以轻松实现基于 UART 的数据传输。这种通信方式广泛应用于嵌入式系统中，如与外部设备通信、调试信息输出、传感器数据采集等场景。
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