STM32零基础教程（五）：UART串口通信与协议设计

STM32 零基础系列第 5 篇：建立 MCU 与电脑、模块之间最实用的调试和通信通道。

第 8 章：UART/USART

章节介绍

UART 是入门阶段最重要的"眼睛和嘴巴"。它可以把变量、状态和错误打印到电脑，也可以接 GPS、蓝牙、无线模块。

专业名词

波特率 Baud Rate：每秒传输的符号数量，常用 115200 或 9600。
TX/RX：发送和接收。
全双工：同时发送和接收。
帧：起始位、数据位、校验位和停止位组成的传输单位。
环形缓冲区：首尾相连的接收缓存，防止数据到达时丢失。

发送示例

c 复制代码

char msg[] = "temperature=25\r\n";
HAL_UART_Transmit(&huart2,
                  (uint8_t *)msg,
                  sizeof(msg) - 1,
                  100);

中断接收一个字节

c 复制代码

uint8_t rx_byte;

void StartUartReceive(void)
{
    HAL_UART_Receive_IT(&huart2, &rx_byte, 1);
}

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart->Instance == USART2)
    {
        // 将 rx_byte 放入环形缓冲区
        HAL_UART_Receive_IT(&huart2, &rx_byte, 1);
    }
}

实际产品不建议只接收一个字节后直接解析，应该使用环形缓冲区和协议状态机。

本章掌握标准

能配置波特率、数据位、停止位和校验位。
能使用轮询、中断和 DMA 三种方式发送接收。
能设计帧头、长度、命令、数据、校验和。

未来使用场景

日志输出、Bootloader、上位机控制、GPS、蓝牙、4G、RS485 和 Modbus。

UART 三种接收方式怎么选

方式	特点	适用场景
轮询	简单但阻塞 CPU	初始化、极少量数据
中断	每个事件触发回调	命令行、低速协议
DMA + 空闲线	CPU 占用低，可接收不定长帧	高频日志、模块和上位机通信

c 复制代码

uint8_t uart_rx[128];

void UartReceiveStart(void)
{
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, uart_rx, sizeof(uart_rx));
}

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t size)
{
    if (huart->Instance == USART2)
    {
        Protocol_Parse(uart_rx, size);
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, uart_rx, sizeof(uart_rx));
    }
}

一个实用的数据帧

text 复制代码

帧头  命令  长度  数据        校验
AA 55  01    02    12 34       XX

帧头帮助接收端重新找到边界，长度说明还要接收多少数据，校验用于发现传输错误。解析器应逐字节推进状态，而不是假设一次 UART 回调必然收到完整帧。

常见错误

TX 和 RX 没有交叉连接，或者两端没有共地。
波特率、数据位、停止位或校验不一致。
回调中忘记重新启动下一次接收。
在中断回调中直接执行耗时协议或打印大量日志。