【RoboMaster】最好理解的UART和USART解說！【STM32】

同步博客地址：從STM32開始的RoboMaster生活：進階篇 III [UART & USART]

1.0 什麼是UART和USART？有什麼區別嘛？

1.1 UART定義

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter：通用異步收發傳輸器，是一種串行異步收發協議，應用十分廣泛。UART工作原理是將數據的二進制位一位一位的進行傳輸。在UART通訊協議中信號線上的狀態位高電平代表’1’低電平代表’0’。當然兩個設備使用UART串口通訊時，必須先約定好傳輸速率和一些數據位。分類屬於並行傳輸，通常1字節數據的8位同時傳輸，結束後再繼續傳第2個字節，如同波浪一般，一波一波傳輸。

1.2 UART與USART的區別

UART

從圖上可以看出整個傳輸過程。首先，在沒有數據傳輸任務的時候，互相之間都是高電平 ( 1 ) ，然後，在有傳輸任務的時候，有1.5字節寬的起始信號，然後開始傳輸真正的信號，結束任務後，再給1.5字節寬的結束信號，最後迴歸沒有數據傳輸的高電平。

USART <-- Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter 通用同步異步接收發送器

USART是UART的升級版，區別在於多了CLK線，在CLK沒有信號的時候，就表明沒有數據傳輸任務，有CLK信號的時候，就是正在傳輸信號，並且CLK提供了時鐘同步功能，效驗也更精確。但在實際使用的時候，其實並不會感覺UART和USART有很大的區別，除非接觸非常底層的東西。

2.0 UART和USART在哪裏？

UART
- UART7
儘管大疆第一個圖中標明的是USART7，但是其實只能使用異步通訊，也就是普通的UART。
- UART8
儘管大疆第一個圖中標明的是USART8，但是其實只能使用異步通訊，也就是普通的UART。
USART
- USART6
DJI ON BOARD SDK
- USART3
這個是大疆預留的官方接口，與一般的USART的接線不同，不能直接使用，也不推薦使用。

3.0 UART和USART有啥用？

與PC端通訊

可以作爲Debug的一種手段，或者監控數據流通的方法。
與其他設備通訊

比如兩個MCU互相通訊，也就是作爲主從機來使用。

4.0 UART和USART的兩種不同使用模式

4.1 Polling

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

參數
- huart：指向UART引腳配置結構體
- pData：指向需要傳輸的字符串
- Size：傳輸數據的字節大小
- Timeout：最大等待完成時限，單位爲毫秒，也可以用HAL_MAX_DELAY來直接無限等待
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果傳輸完成，返回HAL_OK；如果沒有在時限內完成，返回HAL_TIMEOUT；如果在傳輸出錯，返回HAL_ERROR；如果該UART正在被佔用，返回HAL_BUSY

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

參數
- huart：指向UART引腳配置結構體
- pData：指向需要傳輸的字符串
- Size：傳輸數據的字節大小
- Timeout：最大等待完成時限，單位爲毫秒，也可以用HAL_MAX_DELAY來直接無限等待
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果傳輸完成，返回HAL_OK；如果沒有在時限內完成，返回HAL_TIMEOUT；如果在傳輸出錯，返回HAL_ERROR；如果該UART正在被佔用，返回HAL_BUSY

4.2 Interrupt

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

參數
- huart：指向UART引腳配置結構體
- pData：指向需要傳輸的字符串
- Size：傳輸數據的字節大小
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果傳輸完成，返回HAL_OK；如果在傳輸出錯，返回HAL_ERROR；如果該UART正在被佔用，返回HAL_BUSY

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

參數
- huart：指向UART引腳配置結構體
- pData：指向需要傳輸的字符串
- Size：傳輸數據的字節大小
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果傳輸完成，返回HAL_OK；如果在傳輸出錯，返回HAL_ERROR；如果該UART正在被佔用，返回HAL_BUSY

這裏的函數並不是直接接收數據，而是表明開啓UART的Interrupt模式
接收完數據後，該UART的Interrupt模式會自動關閉，需要再手動開啓

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
	......
}

在寫代碼的時候，在main.c中創建HAL_UART_TxCpltCallback函數
在該函數中填寫UART發送結束後，需要執行的代碼

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
	......
}

在寫代碼的時候，在main.c中創建HAL_UART_RxCpltCallback函數
在該函數中填寫UART接收結束後，需要執行的代碼

5.0 練習項目

5.1 項目簡介

電腦控制LED燈：在電腦上按下r，反轉紅色LED狀態，按下g，反轉綠色LED狀態，按下1～8，反轉對應的LED1～8的狀態，並且返回打印反轉的LED燈號

5.2 芯片配置

芯片視角

GPIO配置列表

NVIC配置列表

5.3 項目代碼

我只放了main.c，完整的工程文件可以在這裏找到！
Src/main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * <h2><center>&copy; Copyright (c) 2020 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.</center></h2>
  *
  * This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
  * the "License"; You may not use this file except in compliance with the
  * License. You may obtain a copy of the License at:
  *                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart7;

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_UART7_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
char readBuf[1];
/* 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_UART7_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_UART_Receive_IT(&huart7,(uint8_t*)readBuf,1);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage 
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3);
  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief UART7 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_UART7_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN UART7_Init 0 */

  /* USER CODE END UART7_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN UART7_Init 1 */

  /* USER CODE END UART7_Init 1 */
  huart7.Instance = UART7;
  huart7.Init.BaudRate = 115200;
  huart7.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart7.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart7.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart7.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart7.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart7.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart7) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN UART7_Init 2 */

  /* USER CODE END UART7_Init 2 */

}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD8_Pin|LD7_Pin|LD6_Pin|LD5_Pin 
                          |LD4_Pin|LD3_Pin|LD2_Pin|LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(LD_RED_GPIO_Port, LD_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(LD_GREEN_GPIO_Port, LD_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pins : LD8_Pin LD7_Pin LD6_Pin LD5_Pin 
                           LD4_Pin LD3_Pin LD2_Pin LD1_Pin */
  GPIO_InitStruct.Pin = LD8_Pin|LD7_Pin|LD6_Pin|LD5_Pin 
                          |LD4_Pin|LD3_Pin|LD2_Pin|LD1_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : LD_RED_Pin */
  GPIO_InitStruct.Pin = LD_RED_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(LD_RED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : LD_GREEN_Pin */
  GPIO_InitStruct.Pin = LD_GREEN_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(LD_GREEN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

}

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *UartHandle){
	switch(readBuf[0]){
		case 'r':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD_RED_GPIO_Port,LD_RED_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED_RED!\r\n",strlen("LED_RED!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case 'g':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD_GREEN_GPIO_Port,LD_GREEN_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED_GREEN!\r\n",strlen("LED_GREEN!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '1':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD1_GPIO_Port,LD1_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED1!\r\n",strlen("LED1!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '2':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port,LD2_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED2!\r\n",strlen("LED2!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '3':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED3!\r\n",strlen("LED3!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '4':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD4_GPIO_Port,LD4_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED4!\r\n",strlen("LED4!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '5':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD5_GPIO_Port,LD5_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED5!\r\n",strlen("LED5!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '6':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD6_GPIO_Port,LD6_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED6!\r\n",strlen("LED6!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '7':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD7_GPIO_Port,LD7_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED7!\r\n",strlen("LED7!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
		case '8':
			HAL_GPIO_TogglePin(LD8_GPIO_Port,LD8_Pin);
			HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED8!\r\n",strlen("LED8!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
			break;
	}
	HAL_UART_Receive_IT(&huart7,(uint8_t*)readBuf,1);
}
/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */

  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{ 
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

5.4 效果展示

http://player.bilibili.com/player.html?aid=96401006&cid=164568509&page=1

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1.2 UART與USART的區別

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4.1 Polling

4.2 Interrupt

5.0 練習項目

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5.3 項目代碼

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