玩轉(zhuǎn) STM32 單片機，肯定離不開串口。串口使用一個稱為串行通信協(xié)議的協(xié)議來管理數(shù)據(jù)傳輸，該協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸期間控制數(shù)據(jù)流，包括數(shù)據(jù)位數(shù)、波特率、校驗位和停止位等。由于串口簡單易用，在各種產(chǎn)品交互中都有廣泛應(yīng)用。

但在使用串口通訊的時候，我們并不知道對方會發(fā)送多少個數(shù)據(jù)，也不知道數(shù)據(jù)什么時候發(fā)送完，簡單來講就是：如何確保收到一幀完整的數(shù)據(jù)？

串口發(fā)送的數(shù)據(jù)有長有短，如果沒有接收完整，肯定會影響后續(xù)業(yè)務(wù)的處理。為了接收不定長數(shù)據(jù)，常見的處理方法有：

1. 固定格式

比如雙方約定，一幀的數(shù)據(jù)以 AA BB 開頭，以 BB AA 結(jié)尾，這樣在從機接收數(shù)據(jù)的時候，一旦收到 AA BB 字符，就知道對方要發(fā)來一個數(shù)據(jù)包了，然后就把后面發(fā)來的數(shù)據(jù)保存起來，直到接收到 BB AA 為止。

這種方法簡單高效，但缺點就是需要每個字符都進行判斷，浪費 CPU 資源，增加功耗。

2. 接收中斷+超時判斷

串口接收到一個數(shù)據(jù)時，就會觸發(fā)接收中斷。但如何判斷數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完了呢？

通常來講，兩幀數(shù)據(jù)之間，會有個時間間隔。因此，我們可以使用一個計時器，如果在一個固定的時間點里沒接收到新的字符，則認為一幀數(shù)據(jù)接收完成了。

3. 空閑中斷

串口在空閑時，也就是說串口在一段時間里沒有接收到新數(shù)據(jù)，則會觸發(fā)空閑中斷。細心的同學(xué)應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了，空閑中斷實際上跟上面的超時判斷是一樣樣的，只不過空閑中斷是硬件自帶，但超時判斷需要我們自己實現(xiàn)。

所以，一旦接收到空閑中斷，可以認為接收到一幀完整的數(shù)據(jù)。

但是，空閑中斷并不是所有的 MCU 都具備，一般高端一點的 MCU 才有，低端一些的 MCU 并沒有空閑中斷。

1. 源碼下載及前置閱讀

本文首發(fā) 良許嵌入式網(wǎng) ：https://www.lxlinux.net/e/ ，歡迎關(guān)注！

本文所涉及的源碼及安裝包如下（由于平臺限制，請點擊以下鏈接閱讀原文下載）：

https://www.lxlinux.net/e/stm32/stm32-usart-receive-data-using-rxne-time-out.html

如果你是個零基礎(chǔ)的小白，連 STM32 都沒見過，我也給你準備了一個保姆級教程，手把手教你搭建好 STM32 開發(fā)環(huán)境，并教你如何下載程序，簡直業(yè)界良心！

https://www.lxlinux.net/e/stm32/stm32-quick-start-for-beginner.html

如果你連代碼都不知道怎么燒錄到 STM32 的，可以參考下文，提供了 5 種代碼燒錄方式：

https://www.lxlinux.net/e/stm32/five-ways-to-flash-program-to-stm32.html

如果你想自己搭一個屬于自己的工程模板，可以參考下面這篇文章：

https://www.lxlinux.net/e/stm32/create-stm32-hal-project-template.html

在本文中，我們詳細來介紹如何使用接收中斷+超時判斷完成不定長數(shù)據(jù)的接收，對于空閑中斷的接收，請查看下文：

https://www.lxlinux.net/e/stm32/stm32-usart-receive-data-using-idle-dma.html

2. 什么是接收中斷？

前文已經(jīng)提到，當接收到一字節(jié)數(shù)據(jù)時，會觸發(fā)接收中斷，對應(yīng)串口狀態(tài)寄存器第 5 位被置 1 ，如下圖示。

當我們將 DR 寄存器的值讀取之后，該位又被自動清零。

3. 硬件準備

• STM32 核心板

本文使用正點原子 M48Z 核心板，小巧好用，某寶 20 元出頭。

• USB 轉(zhuǎn) TTL

這種設(shè)備主要作用是用來調(diào)試或下載程序。價格也很便宜，普遍 5~8 元。

• ST-Link

ST-Link 是一種用于 STM32 微控制器的調(diào)試和編程工具，它可以通過 SWD 或 JTAG 接口與開發(fā)板進行通信。一般也很便宜，七八元左右。

4. 編程實戰(zhàn)

在本實驗中，我們將串口 1 作為 log 輸出端口，串口 2 作為本次實驗的接收端口。

因此我們需要提前創(chuàng)建 uart2 模塊，包含 uart2.c 及 uart2.h 兩個文件，并加載進工程模板。

4.1 串口初始化

串口的初始化大家應(yīng)該不陌生，主要步驟為：

1. 定義串口句柄 uart2_handle ，并調(diào)用 HAL_UART_Init 進行初始化；

2. 初始化串口底層函數(shù)，調(diào)用 HAL_UART_MspInit 函數(shù)。

第一步在 uart2.c 文件里進行：

UART_HandleTypeDef uart2_handle;

void uart2_init(uint32_t baudrate)

{

    uart2_handle.Instance          = UART2_INTERFACE;              /* UART2 */

    uart2_handle.Init.BaudRate     = baudrate;                     /* 波特率 */

    uart2_handle.Init.WordLength   = UART_WORDLENGTH_8B;           /* 數(shù)據(jù)位 */

    uart2_handle.Init.StopBits     = UART_STOPBITS_1;              /* 停止位 */

    uart2_handle.Init.Parity       = UART_PARITY_NONE;             /* 校驗位 */

    uart2_handle.Init.Mode         = UART_MODE_TX_RX;              /* 收發(fā)模式 */

    uart2_handle.Init.HwFlowCtl    = UART_HWCONTROL_NONE;          /* 無硬件流控 */

    uart2_handle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;         /* 過采樣 */

    HAL_UART_Init(&uart2_handle);                                  /* 使能UART2 */

}

第二步在 usart.c 文件里進行，其實也可以在 uart2.c 文件里做，但我懶~

在最下面一行代碼，我們使用 __HAL_UART_ENABLE_IT() 使能接收中斷。

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)

{

    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

    if (huart->Instance == USART_UX)                            /* 如果是串口1，進行串口1 MSP初始化 */

    {

        ....

        // 節(jié)略串口1相關(guān)代碼

        ....

    }

    else if (huart->Instance == UART2_INTERFACE)                /* 如果是UART2 */

    {

        UART2_TX_GPIO_CLK_ENABLE();                             /* 使能UART2 TX引腳時鐘 */

        UART2_RX_GPIO_CLK_ENABLE();                             /* 使能UART2 RX引腳時鐘 */

        UART2_CLK_ENABLE();                                     /* 使能UART2時鐘 */

        gpio_init_struct.Pin    = UART2_TX_GPIO_PIN;            /* UART2 TX引腳 */

        gpio_init_struct.Mode   = GPIO_MODE_AF_PP;              /* 復(fù)用推挽輸出 */

        gpio_init_struct.Pull   = GPIO_NOPULL;                  /* 無上下拉 */

        gpio_init_struct.Speed  = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;         /* 高速 */

        HAL_GPIO_Init(UART2_TX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   /* 初始化UART2 TX引腳 */

        gpio_init_struct.Pin    = UART2_RX_GPIO_PIN;            /* UART2 RX引腳 */

        gpio_init_struct.Mode   = GPIO_MODE_INPUT;              /* 輸入 */

        gpio_init_struct.Pull   = GPIO_NOPULL;                  /* 無上下拉 */

        gpio_init_struct.Speed  = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;         /* 高速 */

        HAL_GPIO_Init(UART2_RX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   /* 初始化UART2 RX引腳 */

        HAL_NVIC_SetPriority(UART2_IRQn, 0, 0);                 /* 搶占優(yōu)先級0，子優(yōu)先級0 */

        HAL_NVIC_EnableIRQ(UART2_IRQn);                         /* 使能UART2中斷通道 */

        __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE);              /* 使能UART2接收中斷 */

    }

}

4.2 判斷接收中斷

在串口 2 接收中斷里，我們先使用 __HAL_UART_GET_FLAG() 函數(shù)判斷 RXNE 這一位有沒有被置 1 ，如果被置 1 ，則代表接收到字符，調(diào)用 HAL_UART_Receive() 函數(shù)接收字符，并保存于臨時變量 receive_data 中。

之后，再調(diào)用 HAL_UART_Transmit() 函數(shù)將接收到的字符打印出來。

void UART2_IRQHandler(void)

{

  uint8_t receive_data = 0;   

  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&uart2_handle,UART_FLAG_RXNE) != RESET)

  {

    HAL_UART_Receive(&uart2_handle, &receive_data, 1, 1000);        //串口2接收1位數(shù)據(jù)

    HAL_UART_Transmit(&uart2_handle, &receive_data, 1, 1000);       //將接收的數(shù)據(jù)打印出來

  }

}

現(xiàn)在我們通過接收中斷就可以實現(xiàn)了自發(fā)自收，編譯后燒進板子，效果如下：

但現(xiàn)在我們只實現(xiàn)了字符的接收，并不知道一幀的數(shù)據(jù)什么時候接收完。

在下面的操作里，我們就通過超時的方法，進一步判斷數(shù)據(jù)是否完成傳輸。

4.3 數(shù)據(jù)接收完成判斷

如何判斷一幀的數(shù)據(jù)接收完成了？

在本文中，我們使用超時的方法進行判斷，這種方法雖然會耗費 CPU 資源，但因為比較簡單，所以使用也很廣泛。在下一篇文章里，我們將使用空閑中斷+DMA 的方法，更高效進行幀數(shù)據(jù)接收完成判斷。

超時判斷的思路如下：

1. 將接收到的字符保存在接收緩沖區(qū)里，并定義一個變量 uart2_cnt 計算總共收到了多少個字符；

2. 假如一幀的數(shù)據(jù)接收完成了，那么 uart2_cnt 變量的值應(yīng)該維持不變。

第一個步驟比較好實現(xiàn)，還是在串口 2 接收中斷里，做一些小小的改動：

uint16_t uart2_cnt = 0, uart2_cntPre = 0;

void UART2_IRQHandler(void)

{

    uint8_t receive_data = 0;   

    if(__HAL_UART_GET_FLAG(&uart2_handle, UART_FLAG_RXNE) != RESET){    //獲取接收RXNE標志位是否被置位

        if(uart2_cnt >= sizeof(uart2_rx_buf))                           //如果接收的字符數(shù)大于接收緩沖區(qū)大小，

            uart2_cnt = 0;                                              //則將接收計數(shù)器清零

        HAL_UART_Receive(&uart2_handle, &receive_data, 1, 1000);        //接收一個字符

        uart2_rx_buf[uart2_cnt++] = receive_data;                       //將接收到的字符保存在接收緩沖區(qū)

    }

}

關(guān)鍵是第二步，我們?nèi)绾闻袛?uart2_cnt 什么時候維持不變（也就是一幀的數(shù)據(jù)接收完成了）？也很簡單，我們就定時去查看一下這個變量的值，看看是否跟上一次一樣，如果一樣的話就說明數(shù)據(jù)接收完成了。

因此我們需要再借助一個新的變量 uart2_cntPre ，記錄上一次接收到的數(shù)據(jù)的長度（上面的代碼已經(jīng)定義好了）。

uint8_t uart2_wait_receive(void)

{

    if(uart2_cnt == 0)                                      //如果接收計數(shù)為0，則說明沒有處于接收數(shù)據(jù)中，所以直接跳出，結(jié)束函數(shù)

        return UART_ERROR;

    if(uart2_cnt == uart2_cntPre) {                         //如果上一次的值和這次相同，則說明接收完畢

        uart2_cnt = 0;                                      //清0接收計數(shù)

        return UART_EOK;                                    //返回接收完成標志

    }

    uart2_cntPre = uart2_cnt;                               //置為相同

    return UART_ERROR;                                      //返回接收未完成標志

}

然后我們在 main 函數(shù)里的 while 死循環(huán)定期（例如10ms）調(diào)用 uart2_wait_receive 函數(shù)，如果返回值為 UART_EOK 則代表幀數(shù)據(jù)接收完成，我們就可以將數(shù)據(jù)打印出來。

while(1)

{

    if(uart2_wait_receive() == UART_EOK) {      //判斷串口2是否數(shù)據(jù)接收完成

        printf('recv: %srn', uart2_rx_buf);   //打印收到的數(shù)據(jù)

        uart2_rx_clear();                       //清空接收緩沖區(qū)

    }

    delay_ms(10);                               //每隔10毫秒判斷一次

}

當然，接收到的數(shù)據(jù)使用完成之后，我們就應(yīng)該清空接收緩沖區(qū)，并將計數(shù)器置 0 ，方便下一次接收，所以我們調(diào)用了 uart2_rx_clear() 函數(shù)，其代碼實現(xiàn)為：