STM32HAL库USART源代码解析及应用

news2025/6/13 9:12:35

STM32HAL库USART源代码解析

前言
STM32CubeIDE配置串口
- USART和UART的选择
- 使用模式
- 参数设置
- GPIO配置
- DMA配置
- 中断配置
- 硬件流控制使能
生成代码解析和使用方法
- 串口初始化
- __UART_HandleTypeDef结构体浅析
- HAL库代码实际使用方法
- - 使用轮询方式发送
  - 使用轮询方式接收
  - 使用中断方式发送
  - 使用中断方式接收

前言

本文从STM32CubeIDE的配置出发，详细介绍了配置流程，另外深入解析USART生成的HAL库初始化相关代码，并给出通过中断和轮询的接收、发送函数的使用方法。尤其对于中断发送函数、中断接收函数的使用和内部原理给出独到而又准确的见解，相信对你有很大的帮助！如果你有这方面的需要，相信你阅读完成会满载而归。

STM32CubeIDE配置串口

对于串口的配置，比较简单，下面截几张图来描述一下。
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USART和UART的选择

先说①，选择芯片上的某一个USART或者UART。二者的区别是，前者是“通用同步异步收发器”，后者是“通用异步收发器”。前者比后者多了一个“同步模式”，也就是说，它会输出时钟信号，以此来配合这TX和RX引脚发送和接收信息。如果你之前了解过SPI，就知道我在说什么了。没有了解过也没有关系，跟着我的节奏看就行了，不要给自己加压力哈！如上图，我选择了USART1。

使用模式

②，选择当前使用的模式，图上显示了很多种，有“异步模式”、“同步模式”、“单线半双工模式”、“多处理器通信模式”、“IrDA模式”、“LIN模式”、“智能卡模式”、“智能卡带卡时钟的模式”。我们当前选择了“异步模式”。对于这么多种模式分别是什么，应用与哪些场景，这些我之后写一篇文章详细讲解。
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参数设置

③，参数设置，包括传输的波特率，这里是默认的115200Bits/s，传输的字长是8位，如果我下面使能了校验位，那么这8位的最后一位就是校验位；也就是说，如果我的数据位只能是7位了！这个可以选择是8位还是9位。由于我在校验位上选择了None，那么就是说，我的8位字长全部用于传输数据。下面是停止位，可以i选择1或者2，在传输中表示一帧数据的结束的。之后就是数据传输方向，我选择既发送又接收，当然可以选择只接收或者只发送。最后是过采样倍数选择，可以是8倍，也可以是16倍。

GPIO配置

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可以选择具体的引脚来复用，在右边有芯片引脚分布，可以进行自由选择。（补充一下：要先确定了哪两个引脚复用，再进行参数设置、模式设置等）

DMA配置

关于DMA的配置比较简单，如下图，保持默认配置就可以。
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接收的话，自然是外设到内存，内存地址需要自增，外设每次都读DR寄存器，自然不用自增地址。
发送的话，自然是内存到外设，内存地址需要自增，外设不用自增地址。

中断配置

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在使能框打勾，表示使能了串口中断。但我们注意到优先级都是0，这就有点高，可以修改下。

在NVIC里面，选择中断优先级分组，之后就是下面的中断进行使能和设定优先级。数字越小，优先级越高。滴答定时器优先级设置为最高，串口设置的低一些。你肯定不愿意在串口的中断函数里如果使用了HAL_Delay函数之后，就卡死出不来了，是不是？那么就把滴答定时器优先级设置的高一些！当然在中断函数里一般不会去延时，这样不明智。但凡事考虑周到嘛。

硬件流控制使能

补充说明一下，所谓的硬件流，就是通信双方在接收或者发送过程中“通个气”，告诉对方，我现在是否方便接收或者发送，如果不方便，你先别发送数据过来，或者我先不发送数据给你。如果我告诉你，我现在不方便发送，那么总线上的电平信号，你不用采集，也不用管。
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生成代码解析和使用方法

上面已经完成了配置介绍，下面就讲一下生成的代码吧。

串口初始化

在main.c文件中会在主函数初始化阶段调用下面的函数：

MX_USART1_UART_Init();

我们也就先从这个函数入手，看看它做了什么。跟我们上面的配置是怎么一一对应的。

在usart.c文件中，定义了此函数的函数体，如下：

void MX_USART1_UART_Init(void)
{
   
  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();
  }
}

还记得我们上面的配置吧，看看是不是我们使用的USART1、波特率，字长、停止位、奇偶校验、数据传输方向是接收和发送，过采样使用16倍。这些跟我们的配置是一一对应的。
但我们看到还有一些信息没有对应进来，比如我们使用的GPIO，在HAL_UART_Init()函数内部也有操作。进去看看？

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart)
{
   
  /* Check the UART handle allocation */
  if (huart == NULL)
  {
   
    return HAL_ERROR;
  }

  /* Check the parameters */
  if (huart->Init.HwFlowCtl != UART_HWCONTROL_NONE)
  {
   
    /* The hardware flow control is available only for USART1, USART2, USART3 and USART6.
       Except for STM32F446xx devices, that is available for USART1, USART2, USART3, USART6, UART4 and UART5.
    */
    assert_param(IS_UART_HWFLOW_INSTANCE(huart->Instance));
    assert_param(IS_UART_HARDWARE_FLOW_CONTROL(huart->Init.HwFlowCtl));
  }
  else
  {
   
    assert_param(IS_UART_INSTANCE(huart->Instance));
  }
  assert_param(IS_UART_WORD_LENGTH(huart->Init.WordLength));
  assert_param(IS_UART_OVERSAMPLING(huart->Init.OverSampling));

  if