STM32-UART-中断

UART简介：

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种通用异步收发传输器，作为一种串行、异步通信协议，它允许设备通过两条数据线（TX和RX）实现全双工通信。由于其简单、灵活和低成本的特点，UART被广泛应用于微控制器、计算机外围设备以及各种嵌入式系统中。

协议：

UART帧结构：
协议有关信息参考了如下地址信息：

https://dreamsourcelab.cn/logic-analyzer/uart/

​1位低电平​（逻辑'0'）。标志着数据帧的开始，通知接收方开始采样数据。

实际要传输的数据，​低位（LSB）先行​。长度可配置。5-9位​（通常为8位）

可选，1位，用于简单的错误检测，奇校验、偶校验或无校验

​高电平​（逻辑'1'）。标志着数据帧的结束，并帮助校正时钟同步。

要使两个UART设备成功通信，它们的以下参数必须严格匹配​：

• ​波特率 (Baud Rate)​: 这是最重要的参数，表示每秒传输的比特数（bps）。常见值有9600, 19200, 115200等。​双方波特率必须一致，且误差通常需控制在10%以内（一些严格要求下需≤3%）。
• ​数据位长度: 通常设置为8位。
• ​校验位: 根据可靠性需求选择奇校验、偶校验或无校验。
• ​停止位长度: 通常设置为1位。

有效数据速率 (Byte/s) = 比特率 (bps) / 每帧总位数​

• ​无校验位情况​（1起始位 + 8数据位 + 1停止位 = 10位）：
  有效数据速率 = 波特率 / 10
  例如，波特率9600 bps时，有效数据速率 = 9600 / 10 = ​960 字节/秒​

• ​有校验位情况​（1起始位 + 8数据位 + 1校验位 + 1停止位 = 11位）：
  有效数据速率 = 波特率 / 11
  例如，波特率9600 bps时，有效数据速率 ≈ 9600 / 11 ≈ ​872.73 字节/秒​

需要注意通信双方设备支持的波特率必须匹配，如果不匹配会导致如下情况

详细的过程如下：

1. 空闲位：当没有信息的情况下为高电平，即高电平时为空闲信号：
2. 起始位：当从高电平到低电平，即告知开始传输数据，结束空闲
3. 数据位：如果使用了奇偶校验为5~8位，没有则为5~9位，默认为8位，起始位后开始传输数据  
4. 校验位：提高传输的可靠性
5. 停止位：1~2位的高电平表示结束      

中断：

stm32f1xx_it.c：USART1_IRQHandler

SART1_IRQHandler 是硬件中断的入口

这里是由硬件触发的中断，在内部调用了stm32f1xx_hal_uart.c的HAL_UART_IRQHandler方法

HAL_UART_IRQHandler

HAL_UART_IRQHandler 就像一个大管家，当中断发生时，它会检查是哪个标志位触发了中断，然后进行相应的处理，比如读取数据、填充下一个要发送的数据或清除标志位等，并在适当的时候调用对应的回调函数（Callback），用户的应用程序逻辑通常就在这些回调函数中实现

回调函数：

stm32f1xx_hal_uart.c内部存在如下回调函数：

__weak void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_MspDeInit(UART_HandleTypeDef *huart)

__weak void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_AbortCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_AbortTransmitCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UART_AbortReceiveCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
__weak void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)

对应解释如下：

上述三个对应关系如下：

使用：

阻塞模式：

阻塞模式下，CPU会一直等待数据发送或接收完成，期间无法执行其他任务。

主要使用HAL_UART_Transmit和HAL_UART_Receive两个函数处理

int main(void)
{/* USER CODE END 2 */uint8_t txData[] = "Hello, UART (Blocking)!\r\n";uint8_t rxData[10];/* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE */// 发送数据，一直等待直到发送完成HAL_UART_Transmit(&huart1, txData, sizeof(txData)-1, HAL_MAX_DELAY);// 接收10字节数据，一直等待直到收齐HAL_UART_Receive(&huart1, rxData, 10, HAL_MAX_DELAY);/* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

中断模式：

中断模式允许CPU在等待数据传输时处理其他任务，数据传输完成后由中断通知CPU。

#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "i2c.h"
#include "spi.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"/* USER CODE BEGIN PV */
// 通常在初始化后启动一次接收中断，准备接收数据
// 用于中断接收的变量
uint8_t rx_byte; /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP */// 接收中断回调函数（当数据接收到时自动调用）
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {if (huart == &huart1) { // 判断是哪个串口触发的回调// 处理接收到的数据，例如回显或存入缓冲区// 注意：回调函数中应避免耗时操作 回显收到的字符HAL_UART_Transmit(&huart1, &rx_byte, 1, 100); // 重新启动接收中断，以便持续接收[1,5](@ref)HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);}
}// 发送完成回调函数（可选）
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {if (huart == &huart1) {// 发送完成，可进行后续操作}
}
/* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{HAL_Init();/* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_DMA_Init();MX_I2C2_Init();MX_SPI2_Init();MX_USART1_UART_Init();// 发送数据（非阻塞，完成后会进入中断回调函数）uint8_t txData[] = "Hello, UART (Interrupt)!\r\n";HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, txData, sizeof(txData)-1);// 启动接收中断，期望接收1字节数据[1,5]HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);/* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

DMA模式（CPU效率最高，适合大数据量）

DMA（直接存储器访问）模式允许外设和内存之间直接传输数据，几乎不占用CPU资源。

对应的设置如下：

#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "i2c.h"
#include "spi.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"/* USER CODE BEGIN PV */
// 通常在初始化后启动一次接收中断，准备接收数据
uint8_t receiveData[50];// uint8_t received[2];
/* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *///检测到总线空闲（IDLE） 或接收满指定长度时，HAL库会自动调用此函数。huart为触发中断的串口句柄，Size为本次实际接收到的数据长度。
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) {if (huart == &huart1) {// DMA发送数据。将存储在当前receiveData缓冲区中、长度为Size的数据，通过DMA方式从huart1发送出去。HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, receiveData, Size);// 重启DMA空闲中断接收。这是实现连续不定长接收的关键。它重新配置DMA，等待下一次空闲中断或缓冲区满的事件HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, receiveData, sizeof(receiveData));// 禁用DMA半传输中断。DMA_IT_HT（Half Transfer）中断在DMA传输完成一半时触发。由于此代码逻辑只在接收完成时处理，不需要在半传输时处理，因此禁用此中断可以避免不必要的干扰__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT);}
}/* USER CODE END 0 *//*** @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_GPIO_Init();MX_DMA_Init();MX_I2C2_Init();MX_SPI2_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */// HAL_Delay(500);/* USER CODE END 2 */HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, receiveData, sizeof(receiveData));__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT);/* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

其中__HAL_DMA_DISABLE_IT 通过操作 DMA 通道的配置控制寄存器 (CCR) 中的特定中断使能位来实现功能。

它的两个参数分别是：

​**__HANDLE__**​：指向 DMA_HandleTypeDef 结构体的指针，该结构体包含了所有配置信息。
​**__INTERRUPT__​：指定要禁用的中断类型**，可以是以下值的组合：
DMA_IT_TC：传输完成中断 (Transfer Complete)
DMA_IT_HT：半传输中断 (Half Transfer)
DMA_IT_TE：传输错误中断 (Transfer Error)