STM32HAL 快速入门（十八）：UART 编程（一）—— 查询方式实现串口收发

前言

大家好，这里是 Hello_Embed。上一篇我们拆解了 STM32 UART 的硬件结构，理解了寄存器配置、数据收发的底层流程。本篇将进入实战环节，先用最基础的 “查询方式” 实现串口通信 —— 完成 “单片机发送字符串到电脑”“电脑发送字符，单片机接收后加一返回” 两个功能，同时明确查询方式的优缺点，为下一篇 “中断方式” 和后续 “DMA 方式” 铺垫。

一、实战准备：硬件连接与驱动安装

在编程前，需先完成硬件连接、驱动安装和串口工具配置，确保单片机与电脑能正常通信。

1. 硬件连接：TX 与 RX 交叉对接

需使用 “USB-TTL 转接器” 连接单片机与电脑，核心原则是 “发送接接收，接收接发送”：

• 转接器的 TXD → 单片机的 PA10（USART1_RX）；
• 转接器的 RXD → 单片机的 PA9（USART1_TX）；
• 转接器的 GND → 单片机的 GND（共地，避免信号干扰）。
  实际连接可借助面包板，确保引脚接触可靠，转接器实物示意：
  

2. 驱动安装与 COM 口确认

• 安装 USB-TTL 转接器驱动（如 CH340 驱动，可在 B 站搜索安装教程，此处不展开）；
• 驱动安装完成后，将转接器插入电脑 USB 口，打开 “设备管理器→端口”，确认串口对应的 COM 号（本文为 COM9），后续串口工具需匹配此 COM 口：
  

二、UART 三种编程方式对比

结合 UART 硬件结构，常用编程方式有三种，核心区别在于 “CPU 参与度” 和 “效率”：

本篇聚焦 “查询方式”，后续两篇将分别讲解中断和 DMA 方式，三种方式的核心函数参考：

三、CubeMX 配置 UART（USART1）

查询方式的配置非常简单，只需使能 UART 异步模式并确认基础参数：

1. 选择 UART 外设：
   进入 “Connectivity→USART1”，设置 “Mode” 为 “Asynchronous”（异步模式），系统会默认分配 PA9（TX）和 PA10（RX），无需修改引脚：
   
2. 确认通信参数：
   进入 “Parameter Settings”，检查基础参数是否符合默认配置（与电脑串口工具需一致）：

• 波特率（Baud Rate）：115200（常用速率，兼顾速度与稳定性）；
• 数据位（Word Length）：8 Bits；
• 校验位（Parity）：None（无校验）；
• 停止位（Stop Bits）：1 Bit；
  无需修改其他配置（中断、DMA 暂不启用）：
  

3. 生成工程：
   配置完成后生成代码，工程中会自动添加 USART 相关文件（如stm32f1xx_hal_usart.c），并在main.c中生成初始化函数MX_USART1_UART_Init()。

四、查询方式代码实现

查询方式的核心是 “CPU 通过轮询状态寄存器，判断是否可收发数据”，主要使用 HAL 库的HAL_UART_Transmit（发送）和HAL_UART_Receive（接收）函数。

1. 串口发送：单片机→电脑

目标：单片机循环发送字符串 “Hello_Embed !\r\n” 到电脑，通过串口工具查看。

1. 定义发送数据：
   在main.c的 “USER CODE BEGIN 2” 区域定义要发送的字符串：

/* USER CODE BEGIN 2 */
char *str = "Hello_Embed !\r\n";  // 要发送的字符串，\r\n是换行符
/* USER CODE END 2 */

2. 调用发送函数：
   在while(1)循环中调用HAL_UART_Transmit，函数参数解析如下：

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

• *huart：UART 句柄指针，此处为&huart1（CubeMX 自动定义的 USART1 句柄）；
• *pData：发送数据缓冲区指针，此处为(uint8_t *)str（字符串强转为字节指针）；
• Size：发送数据长度，用strlen(str)获取字符串实际长度（不含结束符 ‘\0’）；
• Timeout：超时时间（ms），设为 1000（1 秒内未发送完成则返回超时错误）。
  完整发送代码：

while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
  // 发送字符串到电脑
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str, strlen(str), 1000);
  HAL_Delay(500);  // 延时500ms，避免数据发送过快
  /* USER CODE END 3 */
}

3. 实验结果：
   打开串口工具（本文用 “纸飞机”），选择 COM9、波特率 115200，烧录程序后，工具会持续收到字符串，证明发送成功：
   

2. 串口接收与返回：电脑→单片机→电脑

目标：电脑发送一个字符，单片机接收后加 1 返回（如发送 ‘1’ 返回 ‘2’，发送 ‘a’ 返回 ‘b’）。

1. 定义接收相关变量：

/* USER CODE BEGIN 2 */
char *str1 = "Please enter a char : \r\n";  // 提示用户输入
char c;  // 存储接收的字符
/* USER CODE END 2 */

2. 接收与返回逻辑：
   在while(1)中先发送提示信息，再等待接收电脑发送的字符，接收成功后加 1 返回：

while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
  // 1. 发送提示信息
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str1, strlen(str1), 1000);
  
  // 2. 等待接收电脑发送的1个字符（超时100ms，循环等待直到接收成功）
  while (HAL_OK != HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&c, 1, 100));
  
  // 3. 字符加1（ASCII码递增）
  c = c + 1;
  
  // 4. 返回加1后的字符，加换行符便于查看
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&c, 1, 1000);
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"\r\n", 2, 1000);  // \r\n占2个字节
  /* USER CODE END 3 */
}

1. 关键说明：
   • HAL_UART_Receive参数：接收 1 个字符（Size=1），超时 100ms；用while循环等待HAL_OK（接收成功），避免提示信息不停发送；
   • 字符加 1 原理：字符在计算机中以 ASCII 码存储，如 ‘1’ 的 ASCII 码是 0x31，加 1 后变为 0x32（对应 ‘2’），‘a’（0x61）加 1 后变为 ‘b’（0x62）。
2. 实验结果：
   电脑发送 ‘1’，单片机返回 ‘2’；发送 ‘a’，返回 ‘b’；用 HEX 模式发送 0x31（即 ‘1’ 的 ASCII 码），返回 0x32（即 ‘2’），符合预期：
   

五、查询方式的缺陷

虽然查询方式实现简单，但存在明显不足：数据不及时读取易丢失。例如，电脑快速发送 “12345”，单片机因轮询等待，可能只接收到部分字符（如仅收到 ‘1’ 和 ‘3’），无法完整返回 “23456”—— 这是因为 CPU 在处理前一个字符时，后一个字符已被新数据覆盖。
要解决数据丢失问题，需采用 “中断方式” 让硬件主动通知 CPU 接收数据，这正是下一篇笔记的重点。

结尾

本文用查询方式实现了 UART 的基础收发功能，理解了 HAL 库HAL_UART_Transmit和HAL_UART_Receive的用法，同时明确了查询方式的适用场景与缺陷。下一篇我们将学习 “UART 中断方式”，通过中断回调函数高效处理收发，彻底解决数据丢失问题。
Hello_Embed 继续带你从基础到进阶，逐步掌握 UART 的高效编程技巧，敬请期待～