STM32串口基本使用笔记（HAL库）

在stm32f1xx_hal_uart.c下的HAL_UART_MspInit()函数，有Init肯定有MSP的函数，因为 HAL_UART_Init()：只处理与芯片型号无关的通用配置（设置波特率、数据位等通信参数），这些参数对所有STM32芯片的USART都适用。HAL_UART_MspInit()：处理与芯片型号相关的硬件操作（初始化GPIO、时钟、中断）（比如PA9是USART1_TX引脚

顺芯科技_小刘

1495人浏览 · 2025-05-15 17:08:20

顺芯科技_小刘 · 2025-05-15 17:08:20 发布

串口

串口通信和并行通信

全双工、半双工和单工通信

单工通信：数据只能沿着一个方向传输

半单工通信：数据可以沿着两个反向传输，但需要分时进行

全双工通信：数据可以同时进行双向传输

同步通信和异步通信

同步通信：发送和接收双方按照预定的时钟节拍进行数据发送和接收，双方的操作严格同步。

异步通信：双方不需要按照严格的时钟同步，每个数据块之间通过特定的起始位和停止位进行分隔，接收方可以独立地识别每个数据块。

串口框图基本知识

在STM32产品手册518页中有详细的USART框图，对于初学者来说我整理了一个简图来进行学习。

TX为发送引脚，RX为接收引脚，在收发寄存器中分为发送数据寄存器TDR，接收寄存器RDR。假如我需要发送数据则需要在数据寄存器TDR中写内容，那么TDR会将数据转运到发送一位寄存器中，之后就会将数据一位一位的移到GPIO中，GPIO为TX的复用引脚，就可以发送给其他设备；那么接收数据就是通过GPIO为RX的复用引脚，一位一位发送到接收移位寄存器中，再把数据转运到RDR后，编写程序把数据读取，这就是接收的流程。

发送、接收移位寄存器都是由发送、接收控制器分别进行控制，而发送、接收控制器受波特率发生器所控制，波特率发生器的时钟频率来源于PCLK2/PCLK1

STM32的USART简介

Universal synchronous asynchronous receiver transmitter，通用同步异步收发器
Universal asynchronous receiver transmitter，通用异步收发器
1.   全双工通信：USART支持全双工通信，即数据可以在两个方向上同时传输（A→B且B→A）。这使得USART能够满足许多需要双向通信的应用场景。
2.   同步与异步传输：尽管USART的“S”代表同步，但在实际应用中，USART更常用于异步通信。然而，它也支持同步通信模式，只是这种模式通常用于兼容其他协议或特殊模式，并且两个USART设备不能通过同步模式进行直接通信。
3.   波特率发生器：USART自带波特率发生器，最高可达4.5Mbits/s，可以根据需要配置不同的波特率。
4.   硬件流控制：USART支持硬件流控制，通过特定的信号线（如RTS/CTS）实现数据的可靠传输。当接收端没有准备好接收数据时，可以通过RTS信号通知发送端暂停发送；当接收端准备好接收数据时，再通过CTS信号通知发送端恢复发送。

USART寄存器描述

状态寄存器（SR）

在10位当中，常用的是TE,RE,TXE,TC,RXNE。
TXE 代表发送器为空（TDR发送完了）的时候置1;
TC                   代表全部发送完了（TDR和发送移位寄存器）置1；
RXNE              代表RDR寄存器中有数据时置1，你就可以读取RDR的数据；
IDLE                代表数据空闲（数据都收发完毕）;

数据寄存器（DR）

一共有9位，若配置中为8位则使用8位数据。
DR[8:0]：数据值 (Data value) 包含了发送或接收的数据。由于它是由两个寄存器组成的，一个给发送用(TDR)，一个给接收用(RDR)，该寄存器兼具读和写的功能。

波特比率寄存器

DIV_Mantissa[11:0]：USARTDIV的整数部分

这12位定义了USART分频器除法因子(USARTDIV)的整数部分。

DIV_Fraction[3:0]：USARTDIV的小数部分

这4位定义了USART分频器除法因子(USARTDIV)的小数部分。

如果想要配置115200的波特率需要通过各种各样的配平和DIV_Mantissa、DIV_Fraction配置成所需要的波特率。

控制寄存器1

        重点需要掌握RE、TE、IDLEIE、RXNEIE、TCIE、TXEIE；
TE、RE   就是对应发送、接收器波特率控制；
IDLEIE            若置1代表数据总线空闲会产生一个中断。
RXNEIE 若置1时，RDR寄存器有数据来就产生中断；
TCIE                是如果数据都发送完，置1就会产生中断；

TXEIE：发送缓冲区空中断使能 (TXE interrupt enable)
该位由软件设置或清除。
0：禁止产生中断；1：当USART_SR中的TXE为’1’时，产生USART中断。

控制寄存器2

主要关注STOP
STOP：停止位 (STOP bits)

这2位用来设置停止位的位数

00：1个停止位；（常用）

01：0.5个停止位；

10：2个停止位；

11：1.5个停止位；

注：UART4和UART5不能用0.5停止位和1.5停止位。

控制寄存器3

主要关注HDSEL
HDSEL：半双工选择 (Half-duplex selection)

选择单线半双工模式

0：不选择半双工模式；

1：选择半双工模式。

串口常见的库函数

分为同步和异步我们目前使用UART异步的使用。在stm32f1xx_hal_uart.c下的HAL_UART_Init()函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart)

我们在这个句柄（UART_HandleTypeDef）跳转其定义查看，重点是有Instance这个实例，STM32芯片内部有多个相同类型的外设（比如3个串口：USART1、USART2、USART3）。Instance的作用就是告诉程序："我现在要操作的是哪一个具体的串口"。

typedef struct __UART_HandleTypeDef
{
  USART_TypeDef                 *Instance;        /*!< UART registers base address        */

  UART_InitTypeDef              Init;             /*!< UART communication parameters      */

  const uint8_t                 *pTxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Tx transfer Buffer */

  uint16_t                      TxXferSize;       /*!< UART Tx Transfer size              */
...

还有一个初始化的结构体，我们点 UART_InitTypeDef 查看定义，里面包含了我们的波特率（BaudRate）、字长、停止位、校验位、工作模式和剩下两目前还没有接触到，可以通过Init函数进行配置。

typedef struct
{
  uint32_t BaudRate;                  /*!< This member configures the UART communication baud rate.
                                           The baud rate is computed using the following formula:
                                           - IntegerDivider = ((PCLKx) / (16 * (huart->Init.BaudRate)))
                                           - FractionalDivider = ((IntegerDivider - ((uint32_t) IntegerDivider)) * 16) + 0.5 */

  uint32_t WordLength;                /*!< Specifies the number of data bits transmitted or received in a frame.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Word_Length */

  uint32_t StopBits;                  /*!< Specifies the number of stop bits transmitted.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Stop_Bits */

  uint32_t Parity;                    /*!< Specifies the parity mode.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Parity
                                           @note When parity is enabled, the computed parity is inserted
                                                 at the MSB position of the transmitted data (9th bit when
                                                 the word length is set to 9 data bits; 8th bit when the
                                                 word length is set to 8 data bits). */

  uint32_t Mode;                      /*!< Specifies whether the Receive or Transmit mode is enabled or disabled.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Mode */

  uint32_t HwFlowCtl;                 /*!< Specifies whether the hardware flow control mode is enabled or disabled.
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Hardware_Flow_Control */

  uint32_t OverSampling;              /*!< Specifies whether the Over sampling 8 is enabled or disabled, to achieve higher speed (up to fPCLK/8).
                                           This parameter can be a value of @ref UART_Over_Sampling. This feature is only available
                                           on STM32F100xx family, so OverSampling parameter should always be set to 16. */
} UART_InitTypeDef;

在stm32f1xx_hal_uart.c下的HAL_UART_MspInit()函数，有Init肯定有MSP的函数，因为 HAL_UART_Init()：只处理与芯片型号无关的通用配置
（设置波特率、数据位等通信参数），这些参数对所有STM32芯片的USART都适用。

HAL_UART_MspInit()：处理与芯片型号相关的硬件操作（初始化GPIO、时钟、中断）
（比如PA9是USART1_TX引脚，但在不同STM32型号上可能不同）。

__weak void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)

在stm32f1xx_hal_uart.c下的HAL_UART_Transmit()发送函数和HAL_UART_Receive()接收函数

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

在stm32f1xx_hal_uart.c下的HAL_UART_Transmit_IT()中断发送函数,HAL_UART_Receive_IT()中断接收函数，在众多的回调函数中，最常用的是接收完成函数HAL_UART_RxCpltCallback(),就是数据全部接收完成之后会调用这个回调函数。

//中断发送函数
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)

//中断接收函数
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

//数据接收完成回调函数
__weak void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

总结：本文介绍了STM32 HAL库串口的基本使用方法，包括初始化配置、中断处理和数据收发。希望通过这篇笔记能帮你快速上手串口通信。如果有疑问或发现错误，欢迎在评论区留言讨论！

📜 下一篇预告：
本文将介绍《STM32串口一个字符收发》，教你如何用串口实现简单数据收发，把知识点体现在实际的操作上，能更加有趣的稳固知识噢，点击关注不迷路～