04 UART 串口通信（HAL）

目标：串口发送 + 中断接收控制 LED 闪烁速度

帧格式

USART 使用异步串行通信，无时钟线，双方约定相同波特率：

空闲状态：TX 保持高电平

传输 1 字节 (115200-8-N-1)：
  ┌──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┐
  │ 空闲 │START │  D0  │  D1  │  D2  │  D3  │  D4  │  D5  │  D6  │  D7  │ STOP │ 空闲
  │  (H) │  (L) │      │      │      │      │      │      │      │      │  (H) │  (H)
  └──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┘

起始位：1 位，拉低（标志数据开始）
数据位：8 位，LSB 先发（低字节在前）
校验位：None（本例），也可选 Even/Odd
停止位：1 位，拉高（标志数据结束）

TTL 电平连线：

STM32 (PA9 TX) ────────→ USB-TTL (RX)
STM32 (PA10 RX) ←────── USB-TTL (TX)
STM32 (GND)     ──────── USB-TTL (GND)     ← 共地必须！

数据发送流程详解

HAL_UART_Transmit() 内部做三件事：

把数据写入发送数据寄存器 (TDR)
等待 TXE 标志（Transmit Data Register Empty，TDR 已空，可以写下一个字节）
等待 TC 标志（Transmission Complete，最后一位停止位已发完）

初学者容易混淆：TXE 表示"发送寄存器空了（可以填下一个）"；TC 表示"整个字节包括停止位发完了"。HAL_UART_Transmit 内部两种标志都处理了，不需要手动轮询。

CubeMX 配置

USART1 → 模式 Asynchronous
参数：
- Baud Rate：115200
- Word Length：8 Bit (including Parity) — Parity=None 时就是纯 8 位数据
- Parity：None
- Stop Bits：1
引脚自动分配：PA9(TX)、PA10(RX)
NVIC Settings → USART1 global interrupt → Enable（中断接收需要）

关键 HAL API

函数	说明
`HAL_UART_Transmit(&huart, pData, Size, Timeout)`	阻塞发送（等待 TXE+TC）
`HAL_UART_Receive(&huart, pData, Size, Timeout)`	阻塞接收（等待 RXNE）
`HAL_UART_Receive_IT(&huart, pData, Size)`	中断接收（推荐，不阻塞）
`HAL_UART_RxCpltCallback(huart)`	接收完成回调（用户重写）

参数说明：

huart：UART 句柄（如 huart1）
pData：数据缓冲区指针（注意类型是 uint8_t *）
Size：期望收发字节数
Timeout：超时 ms（HAL_MAX_DELAY = 无限等待）

完整代码：阻塞发送

#include <string.h>

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    while (1)
    {
        char msg[] = "Hello STM32!\r\n";
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)msg, strlen(msg), HAL_MAX_DELAY);
        HAL_Delay(1000);
    }
}

完整代码：中断接收控制 LED 速度

中断接收的核心模式：先调用 HAL_UART_Receive_IT 注册接收 → 硬件收到 1 字节触发中断 → HAL 自动调用回调 → 回调里处理完数据后再调用一次 HAL_UART_Receive_IT 重新注册：

/* 全局变量 */
static uint32_t blinkInterval = 1000;
static uint8_t dataRcvd;

/* 回调函数 —— 每次接收完成自动调用（由 HAL 在中断上下文调用） */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)
    {
        // 根据接收到的字符修改闪烁间隔
        if (dataRcvd == '1')      blinkInterval = 1000;
        else if (dataRcvd == '2') blinkInterval = 300;
        else if (dataRcvd == '3') blinkInterval = 50;

        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &dataRcvd, 1);  // 重新开启接收（否则只收一次）
    }
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    /* 第一次启动中断接收 —— 注册回调 */
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &dataRcvd, 1);

    while (1)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
        HAL_Delay(blinkInterval);
    }
}

重定向 printf 到串口

Keil 中使用 MicroLIB 时，重写 fputc 即可让 printf 输出到串口：

#include <stdio.h>

/* 在 uart.c 或 main.c 中重写 fputc */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

使用前提：

Keil Options → Target → 勾选 Use MicroLIB
包含 <stdio.h>
之后可直接写：printf("ADC=%d, V=%.2f\r\n", val, voltage);

常见坑点

⚠️ HAL_UART_Transmit 的 pData 类型是 uint8_t *，传 char * 字符串时必须强转
⚠️ 中断接收每次回调后必须重新调用 HAL_UART_Receive_IT，否则只收一次就停了
⚠️ 串口助手与 MCU 的波特率、数据位、校验位、停止位完全一致才不出乱码
⚠️ MCU 是 3.3V TTL 电平，接 5V 的 USB-TTL 模块可能损坏引脚，确认电压匹配
⚠️ HAL_UART_Receive（阻塞版）会一直等到收到指定字节数或超时，不要在中断中调用

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