一、USART簡介

通用同步異步收發器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter）是一個串行通信設備，可以靈活地與外部設備進行全雙工數據交換。有別于 USART 還有一個 UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），它是在 USART 基礎上裁剪掉了同步通信功能，只有異步通信。簡單區分同步和異步就是看通信時需不需要對外提供時鐘輸出，我們平時用的串口通信基本都是 UART。

串行通信一般是以幀格式傳輸數據，即是一幀一幀的傳輸，每幀包含有起始信號、數據信息、停止信息，可能還有校驗信息。USART 就是對這些傳輸參數有具體規定，當然也不是只有唯一一個參數值，很多參數值都可以自定義設置，只是增強它的兼容性。

USART 滿足外部設備對工業標準 NRZ 異步串行數據格式的要求，并且使用了小數波特率發生器，可以提供多種波特率，使得它的應用更加廣泛。USART 支持同步單向通信和半雙工單線通信；還支持局域互連網絡 LIN、智能卡(SmartCard)協議與 lrDA(紅外線數據協會) SIR ENDEC 規范。

USART 在 STM32 應用最多莫過于“打印”程序信息，一般在硬件設計時都會預留一個 USART 通信接口連接電腦，用于在調試程序是可以把一些調試信息“打印”在電腦端的串口調試助手工具上，從而了解程序運行是否正確、如果出錯哪具體哪里出錯等等。

二、引腳分布

STM32F103VET6 系統控制器有三個 USART 和兩個 UART，其中 USART1 和時鐘來源于 APB2 總線時鐘，其最大頻率為 72MHz，其他四個的時鐘來源于 APB1 總線時鐘，其最大頻率為 36MHz。UART 只是異步傳輸功能，所以沒有 SCLK、nCTS 和 nRTS 功能引腳。

三、中斷控制

四、新建工程

1. 打開 STM32CubeMX 軟件，點擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3. 配置時鐘
RCC 設置，選擇 HSE(外部高速時鐘) 為 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷諧振器)

4. 配置調試模式
非常重要的一步，否則會造成第一次燒錄程序后續無法識別調試器
SYS 設置，選擇 Debug 為 Serial Wire

五、USART1

5.1 參數配置

在 Connectivity 中選擇 USART1 設置，并選擇 Asynchronous 異步通信

5.2 配置NVIC

使能串口接收中斷

5.3 生成代碼

輸入項目名和項目路徑

5.4 printf重定向

microlib 進行了高度優化以使代碼變得很小。它的功能比缺省 C 庫少，并且根本不具備某些 ISO C 特性。 某些庫函數的運行速度也比較慢，如果要使用printf()，必須開啟。

在 main.c 中添加如下頭文件和函數

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * @brief 重定向c庫函數printf到USARTx
  * @retval None
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}
 
/**
  * @brief 重定向c庫函數getchar,scanf到USARTx
  * @retval None
  */
int fgetc(FILE *f)
{
    uint8_t ch = 0;
    HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

5.5 修改中斷回調函數

打開 stm32f1xx_it.c 中斷服務函數文件，找到 USART1 中斷的服務函數 USART1_IRQHandler()
中斷服務函數里面就調用了串口中斷處理函數 HAL_UART_IRQHandler()

打開 stm32f1xx_hal_uart.c 文件，找到定時器中斷處理函數原型 HAL_TIM_IRQHandler()，其主要作用就是判斷是哪個串口產生中斷，清除中斷標識位，然后調用中斷回調函數 HAL_UART_RxCpltCallback()。

/* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
*/
這個函數不應該被改變，如果需要使用回調函數，請重新在用戶文件中實現該函數。

HAL_UART_RxCpltCallback() 按照官方提示我們應該再次定義該函數，__weak 是一個弱化標識，帶有這個的函數就是一個弱化函數，就是你可以在其他地方寫一個名稱和參數都一模一樣的函數，編譯器就會忽略這一個函數，而去執行你寫的那個函數；而 UNUSED(huart) ，這就是一個防報錯的定義，當傳進來的串口號沒有做任何處理的時候，編譯器也不會報出警告。其實我們在開發的時候已經不需要去理會中斷服務函數了，只需要找到這個中斷回調函數并將其重寫即可而這個回調函數還有一點非常便利的地方這里沒有體現出來，就是當同時有多個中斷使能的時候，STM32CubeMX會自動地將幾個中斷的服務函數規整到一起并調用一個回調函數，也就是無論幾個中斷，我們只需要重寫一個回調函并判斷傳進來的定時器號即可。

接下來我們就在 stm32f1xx_it.c 這個文件的最下面添加 HAL_UART_RxCpltCallback()

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1, 0xffff);
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
    }
}
/* USER CODE END 1 */

5.6 添加全局變量

在 main.c 頭部添加全局變量 Buffer

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t Buffer[1];
/* USER CODE END PV */

在 stm32f1xx_it.c 頭部聲明全局變量 Buffer

/* External variables --------------------------------------------------------*/
extern UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN EV */
extern uint8_t Buffer[1];
/* USER CODE END EV */

5.7 添加串口接收中斷啟動函數

在 main.c 中，while 循環前，串口初始化后，添加接收中斷開啟函數，這樣在第一次接收到數據的時候才會觸發中斷。

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

5.8 HAL庫與標準庫代碼比較

STM32CubeMX 使用 HAL 庫生成的代碼：

uint8_t Buffer[1];

/**
  * @brief USART1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */

  /* USER CODE END USART1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */

  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  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();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */

  /* USER CODE END USART1_Init 2 */
}

/**
  * @brief This function handles USART1 global interrupt.
  */
void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1)
    {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1, 0xffff);
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);
    }
}

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1);

使用 STM32 標準庫的代碼：

 /**
  * @brief  USART GPIO 配置,工作參數配置
  * @param  無
  * @retval 無
  */
void USART_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    // 打開串口GPIO的時鐘
    DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
    
    // 打開串口外設的時鐘
    DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);

    // 將USART Tx的GPIO配置為推挽復用模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  // 將USART Rx的GPIO配置為浮空輸入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置串口的工作參數
    // 配置波特率
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
    // 配置 針數據字長
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    // 配置停止位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    // 配置校驗位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    // 配置硬件流控制
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = 
    USART_HardwareFlowControl_None;
    // 配置工作模式，收發一起
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    // 完成串口的初始化配置
    USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
    
    // 串口中斷優先級配置
    NVIC_Configuration();
    
    // 使能串口接收中斷
    USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);    
    
    // 使能串口
    USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);        
}

/**
  * @brief  配置嵌套向量中斷控制器NVIC
  * @param  無
  * @retval 無
  */
static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* 嵌套向量中斷控制器組選擇 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  
  /* 配置USART為中斷源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
  /* 搶斷優先級*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  /* 子優先級 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  /* 使能中斷 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* 初始化配置NVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 串口中斷服務函數
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
  uint8_t ucTemp;
    if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET)
    {       
        ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
        USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp);    
    }    
}

MX_USART1_UART_Init(); 對應 USART_Config();NVIC_Configuration();
HAL_UART_Init(&huart1) 對應 USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure)
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)Buffer, 1); 對應 USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);

六、注意事項

用戶代碼要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之間，否則下次使用 STM32CubeMX 重新生成代碼后，會被刪除。

? 由 Leung 寫于 2021 年 1 月 15 日

? 參考：STM32CubeMX系列教程5:串行通信(USART)
　　　　STM32CubeMX實戰教程（六）——串口通信（為啥你的中文會亂碼）
　　　　《嵌入式-STM32開發指南》第二部分 基礎篇 - 第6章串口通信（HAL庫）
　　　　【STM32Cube_07】使用USART發送和接收數據（中斷模式）