RS ==Recommend Standard ==推荐标准；
232==标识号，第232号；
时间：1962年
地点：美国
人物：美国电子工业协会 == Electronic Industries Association ==（美国）电子工业协会
事件：发布了一个串行通信的物理接口结合逻辑电平的规范文件，就是这个232号文件。
现在关于串口通讯的叫法太多，什么RS232通讯、串口通讯、DB9通讯、UART通讯等等，其实这些称呼都跟这个额232号文件有些关系，随便怎么叫吧，理解就行。
串行通讯，从字面意思理解就行，就是把数据串成一串发出去，比如一个字节8位，高位先发出去，那么发送顺序就是bit7–bit6–bit5–bit4–bit3–bit2–bit1–bit0。
就某种单片机来说，比如STM32F103，它有好几个UART口，俗称串口，但是它的引脚高电平是3.3V，低电平是0V，正好满足TTL的电平标准，2.4V–5V表示逻辑1，0V–0.4V表示逻辑0。
但是电压低了传输距离就比较短，为了传输远点，就把TTL电平转换成RS232电平，通过某种电平转换芯片，比如MAX232。RS232电平逻辑是-3V到-15V表示逻辑1,3V到15V表示逻辑0。这相当于把电平扩大，但是也只能传输十几米。
人们为了传输更远，就用上了差分传输，比如RS422和RS485，用两根线的电压差来表示逻辑1和逻辑0，两根线的压差为2V至6V表示逻辑1，两线的压差为-2V至-6V表示逻辑0,这样就能传输1000米以上。
数据在一根线上传输，那什么时候是开始，什么时候是结束，每位数据的宽度是多少、数据有没有传输错误。那就需要约定一下，不是谁都像孙悟空一样有觉悟，头上敲三下就是让他凌晨3点过来，还是要讲清楚点好。
线顶一个空闲的状态，就是没传输数据的时候，传输线的电平逻辑是1，用单片机TTL的电平标准就是3.3V，高电平；
开始：发出1位逻辑0电平
结束：发出1位逻辑1电平
数据宽度：要定义每一位的宽度是多少，不然你发两位1我却认为是1位1,怎么办，发送和接收的双发要统一度量衡，才不会有误解。这个数据宽度就是用波特率的约定。
数据有没有传错：那就把收到的数据大家数一数，算一算，我给你发100块钱，我还告诉你是100张一块的，那你收到之后，要数一数，是不是100张，是不是100块，都对了，那就表示是我给你的。
传输一个字节数据的示意图
STM32F103单片机USART内部结构图
STM32单片机的RS232串口通讯可以通过轮询、中断和DMA三种方式实现，以下是每种方式的工作流程详解：
发送流程
1、初始化
配置USART时钟、TX和RX的GPIO引脚、波特率、数据位、停止位等，现在可以使用STM32CubeMX配置后直接生成配置代码。初始化代码如下所示：
使能USART模块；
// 在main()中调用初始化函数
MX_USART1_UART_Init(); // 由CubeMX生成
2、发送数据
检查状态寄存器USART_SR中的TXE（发送缓冲器空）标志位；
若TXE=1，向USART_DR寄存器写入数据；
重复上述步骤直到所有数据发送完成；
使用HAL库可以通过下面的代码实现：关键函数HAL_UART_Transmit（）
uint8_t tx_data[] = "Hello World!";
HAL_UART_Transmit(&huart1, tx_data, sizeof(tx_data), HAL_MAX_DELAY); // 阻塞发送
参数说明：
&huart1：UART句柄（如huart1,huart2等）；
tx_data：发送缓冲区指针；
sizeof_(tx_data)：数据长度；
HAL_MAX_DELAY：无限阻塞等待发送完成，当然这个阻塞时间也可以自行设置一个短一点的时间。
接收流程
1、初始化：同发送
2、接收数据
检查状态寄存器USART_SR中的RXNE（接收缓冲区非空）标志位；
若RXNE=1，从USART_DR寄存器读取数据；
使用HAL库可以通过下面的代码实现：关键函数HAL_UART_Receive（）
uint8_t rx_data[10];
HAL_UART_Receive(&huart1, rx_data, 10, HAL_MAX_DELAY); // 阻塞接收10字节
轮询方式的特点
轮询方式需要CPU主动检查状态标志位，效率低。
优点：实现简单
缺点：CPU 长时间阻塞，无法处理其他任务；
轮询方式缺点太明显，工程上要谨慎使用，最好别用！
发送流程
1、初始化
配置USART（与轮询方式差不多）；
使能发送中断（USART_CR1中的TXEIE或者TCIE）；
在NVIC中配置USART中断优先级；
2、发送数据
写入第一个数据到USART_DR；
后续数据在中断服务程序（ISR）中处理：
TXE中断：自动触发当发送缓冲区空，在ISR中写入下一个数据；
TC中断：发送完成时触发，用于关闭中断或通知主程序；
使用HAL库可以通过下面的代码实现：关键函数HAL_UART_Transmit_IT()
uint8_t tx_data[] = "Interrupt Mode";
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, tx_data, sizeof(tx_data)); // 非阻塞发送
函数触发后，HAL库自动管理中断，数据逐个发送
3、中断回调处理：数据发送完之后触发HAL_UART_TxCpltCallback回调函数：
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
}
接收流程
1、初始化
配置USART（与轮询方式差不多）；
使能接收中断（USART_CR1中的RXNEIE）
2、接收数据
当数据到达是触发RXNE中断，在ISR中读取USART_DR
使用HAL库可以通过下面的代码实现：关键函数HAL_UART_Receive_IT()
uint8_t rx_buffer[100];
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buffer, 1); // 启动中断接收
3、中断回调处理：每接收一个字节触发HAL_UART_RxCpltCallback（需要再回调函数中重新开机接收中断，否则是接受多个字节之后才触发回调函数）
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
}
HAL库中断接收的底层机制
1、中断服务函数 USARTx_IRQHandler
HAL库通过USARTx_IRQHandler处理中断；
每次中断会检查RXNE标志，读取数据并存入缓冲区，同时更新接收状态；
2、接收计数器管理
当调用HAL_UART_Receive_IT时，记录目标缓冲区地址和剩余接收长度；
每次中断将剩余长度减1，直到为0时触发回调；
重难点理解
中断接收函数默认是可以接受多个字节的，字节个数是Size个，函数原型如下
/**
* @brief Receives an amount of data in non blocking mode.
* @note When UART parity is not enabled (PCE = 0), and Word Length is configured to 9 bits (M1-M0 = 01),
* the received data is handled as a set of u16. In this case, Size must indicate the number
* of u16 available through pData.
* @param huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
* the configuration information for the specified UART module.
* @param pData Pointer to data buffer (u8 or u16 data elements).
* @param Size Amount of data elements (u8 or u16) to be received.
* @retval HAL status
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
/* Process Locked */
__HAL_LOCK(huart);
/* Set Reception type to Standard reception */
huart->ReceptionType = HAL_UART_RECEPTION_STANDARD;
return(UART_Start_Receive_IT(huart, pData, Size));
}
else
{
return HAL_BUSY;
}
}
我们以接收10个字节为例
1、初始化代码，以中断的方式开始接收10个字节的数据
uint8_t rx_buffer[10];
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buffer, 10); // 启动接收10字节
2、中断触发逻辑
当USART接收到1个字节数据时，硬件触发接收缓冲区非空RXNE中断；
进入HAL库的USART中断服务函数USARTx_IRQHandler；
HAL库自动读取USART->DR寄存器，将数据存入rx_buffer，并减少剩余接收计数器；
每接收1个字节触发一次中断，HAL库的默认行为是在所有字节接收完成之后触发1次完成回调。
所以上面的代码来接收数据，硬件中断10次，但是回调函数只执行一次；
3、回调函数的执行
当10个字节全部接收完成之后，HAL库才调用HAL_UART_RxCpltCallback回调函数；
用户可以在回调函数中处理完成的数据包；
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
}
一次性接收多个字节，等数据全部接收之后才执行一次回调函数，虽然用起来很方便但是会产生一个风险，比如由于某些原因，10个数据只接受了9个，那就会一直等第十个10数据的出现，如果不使用超时管理，软件系统也会出错一直死等。
在需要实时处理或者协议解析的时候，需要每次中断都进行一次回调函数，判断命令协议，此时需要使用单字节接收，如下所示：
1、初始代码
uint8_t rx_byte;
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1); // 启动单字节接收
2、回调函数中处理数据并重启接收
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
}
对比多字节数据接收和单字节数据接收
发送流程
1、初始化
驱启动USART模块和GPIO；
启动DMA通道，配置方向；
发送方向：Memory → Peripheral（USART->DR）
接收方向：Peripheral → Memory（USART->DR）
2、启动发送
uint8_t tx_data[] = "DMA Mode";
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, tx_data, sizeof(tx_data)); // 启动DMA发送
3、回调处理
发送完成时触发HAL_UART_TxCpltCallback
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
}
接收流程
1、初始化
2、启动接收，核心函数 HAL_UART_Receive_DMA
uint8_t rx_buffer[200];
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buffer, 200); // 启动DMA接收
3、回调处理
接收完成时触发HAL_UART_RxCpltCallback
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
}
1、硬件配置：需要正确配置GPIO、时钟、波特率、校验位等；
2、错误处理：检查USART_SR中的错误标志（如溢出错误ORE）；
3、回调函数：中断和DMA方式都依赖回调函数
4、错误处理：通过HAL_UART_ErrorCallback处理通信错误
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
}
5、DMA优化：合理设置DMA缓冲区大小和中断优先级。
可以使用双缓冲区HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA处理不定长数据；
避免在DMA传输中修改缓冲数据。
处理不定长串口数据是实际项目中常见的需求，如Modbus、自定义协议等。
不定长数据接收的核心挑战
1、数据长度位置：无法预先设定；
2、数据完整性判断：需明确数据包结束标志（如空闲时间、特定字符、超时等）；
3、高效性要求：避免CPU轮询，优先使用硬件特性，如IDLE中断、DMA；
常用的解决方案有：
原理 ：USART在数据中线空闲时触发中断，配合DMA自动板运数据。
实现步骤
Step1：CubeMX配置
1、启用USART和DMA，接收方向：Peripheral→Memory
2、启用USART的空闲中断（IDLE Interrupt）
在USARTx的NVIC设置中勾选USARTx global interrupt；
代码中手动开启IDLE中断：
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 在初始化后添加
Step2：启动DMA接收
// 启动DMA循环接收（缓冲区需足够大）
uint8_t rx_buffer[256];
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buffer, sizeof(rx_buffer));
Step3：处理空闲中断
// 在USART中断服务函数中检测IDLE标志
void USART1_IRQHandler(void)
HAL_UART_IRQHandler(&huart1); // 调用HAL库默认处理
}
原理：通过定时器检测两次接受数据的间隔时间，超过阈值则认为数据包结束。
实现步骤
Step1：启动中断接收
uint8_t rx_buffer[256];
uint16_t rx_index = 0;
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_buffer[rx_index], 1); // 单字节接收
Step2：接收中断中重置定时器
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
// 重置超时定时器（如TIM6）
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim6, 0);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);
// 继续接收下一字节
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_buffer[rx_index], 1);
}
}
Step3：定时器超时中断处理
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
}
原理：每接收1个字节触发中断，手动管理缓冲区
实现步骤
Step1：启动单字节接收
uint8_t rx_byte;
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);
Step2：在回调中填充缓冲区
#define MAX_BUF_SIZE 256
uint8_t rx_buffer[MAX_BUF_SIZE];
uint16_t rx_index = 0;
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
} else {
rx_index = 0; // 缓冲区溢出处理
}
// 重启接收
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);
}
}
HAL库提供HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_XXX系列函数，简化不定长接收：
使用 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA
可以自动处理IDLE中断和DMA传输；
支持超时和IDLE双触发条件；
// 启动接收，直到IDLE或超时
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, sizeof(rx_buffer));
// 接收完成回调
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
}
前面的代码还存在问题与对应的解决方案
代码优化（IDLE + DMA双缓冲区）
// 定义双缓冲区
uint8_t rx_buf1[256], rx_buf2[256];
volatile bool buf1_ready = false, buf2_ready = false;
uint16_t data_length = 0;
// 启动首次接收
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf1, sizeof(rx_buf1));
// 接收事件回调
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) else {
data_length = Size;
buf2_ready = true;
// 切换回缓冲区1
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf1, sizeof(rx_buf1));
}
}
}
// 主循环中处理数据
while (1)
if (buf2_ready) {
process_data(rx_buf2, data_length);
buf2_ready = false;
}
}
1、清除中断标志：在IDLE中断中必须调用__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG，否则会持续触发；
2、DMA循环模式：若使用循环DMA，需确保缓冲区足够大以避免数据覆盖；
3、线程安全：在中断和主程序间传递数据时，需使用标志位或临界区保护；
4、协议解析：在process_data中需实现数据校验（如CRC）和协议解析。
