STM32 HAL库UART查询方式实例

本文中介绍USART编程涵盖了三种主要方法，详细介绍STM32F407微控制器结合HAL库，通过UART的查询方式来实现一个实用的密码验证程序。提示用户键入一个字符作为密码。只有当用户精准地输入字符'6'时，系统才会反馈“密码正确”的确认信息。反之，若输入的字符非'6'，则会立即显示“密码错误，请重新输入”的提示。

一、USART编程主要三种方法

1. 查询方式

查询方式是最基础、最简单的UART编程方法。其基本原理是：主程序通过不断查询UART的状态寄存器，以确定是否可以进行数据的发送或接收。

• 发送数据：在发送数据之前，程序可以首先检查TDR寄存器是否为空（即发送缓冲区是否空闲）。如果TDR为空，则可以将数据写入TDR寄存器，并等待发送完成（通常通过查询相关状态位来判断）。为了简化编程，也可以先写入数据，然后再检查发送状态。
• 接收数据：在接收数据时，程序需要不断查询RDR寄存器是否为非空（即接收缓冲区是否有数据）。如果RDR非空，则可以读取RDR寄存器中的数据，并进行相应的处理。

查询方式的优点是编程简单、直观，但缺点是CPU利用率较低，因为主程序需要不断轮询UART状态寄存器。

2. 中断方式

中断方式是一种更加高效的UART编程方法。它利用中断机制，在UART状态发生变化时自动触发中断处理函数，从而减轻CPU的负担。

• 发送数据：在发送数据时，程序可以配置UART以在发送缓冲区空（TXE）时产生中断。在TXE中断处理函数中，程序从发送缓冲区中取出一个数据，并写入TDR寄存器。当TDR中的数据发送完成后，UART会再次触发TXE中断，程序可以继续发送下一个数据。
• 接收数据：在接收数据时，程序可以配置UART以在接收缓冲区有数据（RXNE）时产生中断。在RXNE中断处理函数中，程序读取RDR寄存器中的数据，并将其存储到接收缓冲区中。如果接收缓冲区未满，则UART会继续接收数据并触发RXNE中断。

中断方式的优点是CPU利用率高、实时性好，但缺点是编程相对复杂，需要处理中断优先级和中断嵌套等问题。

3. DMA方式

DMA方式是一种更加高级的UART编程方法。它利用DMA控制器，在UART和内存之间直接传输数据，无需CPU的参与。

• 发送数据：在发送数据时，程序可以将发送缓冲区的地址和长度配置给DMA控制器，并启动DMA传输。DMA控制器会自动从发送缓冲区中读取数据，并写入UART的TDR寄存器。当TDR中的数据发送完成后，DMA控制器会自动从发送缓冲区中读取下一个数据，并继续发送。整个过程无需CPU的干预。
• 接收数据：在接收数据时，程序可以将接收缓冲区的地址和长度配置给DMA控制器，并启动DMA接收。DMA控制器会自动从UART的RDR寄存器中读取数据，并存储到接收缓冲区中。当接收缓冲区满或接收到特定数量的数据时，DMA控制器可以触发一个中断或事件，通知CPU进行后续处理。

DMA方式的优点是数据传输效率高、CPU负担轻，但缺点是编程相对复杂，需要了解DMA控制器的配置和使用方法。

二、USART 查询方式具体实现

下面介绍STM32F407 HAL库下的UART查询方式编程。 在STM32F407微控制器上，通过HAL库使用UART的查询方式来实现一个简单的密码验证程序，程序将提示用户输入一个字符作为密码，只有当用户输入字符'6'时，才会显示密码正确“The password is correct”，否则将提示密码错误重新输入“The password is incorrect, please re-enter it”，并允许用户重新输入。

0.开发环境

硬件：正点原子探索者 V3 STM32F407开发板

单片机：STM32F407ZGT6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F4xx_DFP.2.14.0
串口：USART1(PA9,PA10)

1.STM32CubeMX配置

参考利用STM32 HAL库实现USART串口通信，并通过printf重定向输出“Hello World“

2.编写主程序

在生成的项目基础上，编写主程序main.c。

int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 */char c;/* 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_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_UART_Transmit(&huart1, "Please enter a char for password: \r\n", strlen("Please enter a char for password: \r\n"), 1000);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */while (HAL_OK != HAL_UART_Receive(&huart1, &c, 1, 100));if('6'==c){HAL_UART_Transmit(&huart1, "The password is correct\r\n", strlen("The password is correct\r\n"), 1000);}else{HAL_UART_Transmit(&huart1, "The password is incorrect, please re-enter it\r\n", strlen("The password is incorrect, please re-enter it\r\n"), 1000);};}/* USER CODE END 3 */
}

3.运行结果

串口打印Please enter a char for password: 只有当用户输入字符'6'时，才会显示“The password is correct”，否则将提示“The password is incorrect, please re-enter it”，并允许用户重新输入。

下一篇再来介绍中断和DMA方式。