STM32单片机中断与串口通信集成实战：实现可靠的数据传输，提升系统通信能力

# 1. STM32单片机中断机制**

**1.1 中断概述**

中断是一种硬件机制，当外部事件或内部条件发生时，可以暂停当前正在执行的程序，并跳转到指定的中断服务程序。中断机制可以提高系统响应速度，并实现多任务处理。

**1.2 STM32单片机中断体系结构**

STM32单片机采用嵌套向量中断控制器（NVIC），支持多达16个优先级中断级别。每个中断源都有一个对应的中断向量，当中断发生时，NVIC会根据中断源的优先级，跳转到相应的中断服务程序。

# 2. 串口通信基础

### 2.1 串口通信协议和原理

**2.1.1 串口通信的物理层**

串口通信的物理层定义了数据传输的物理特性，包括：

- **电气特性：**规定了信号电平、极性、传输速率等。
- **机械特性：**规定了连接器类型、引脚定义等。
- **传输方式：**规定了数据的传输方式，如单工、半双工或全双工。

**2.1.2 串口通信的协议层**

串口通信的协议层定义了数据传输的格式和规则，包括：

- **数据帧格式：**规定了数据帧的起始、结束、数据位、校验位等结构。
- **传输控制：**规定了数据传输的控制方式，如流控、错误检测等。
- **数据编码：**规定了数据的编码方式，如ASCII、Unicode等。

### 2.2 STM32单片机串口外设

STM32单片机集成了丰富的串口外设，称为通用异步收发器（USART），具有以下特点：

- **多路串口：**每个STM32单片机有多个USART外设，可同时支持多个串口通信。
- **灵活配置：**USART外设的波特率、数据位、校验位等参数可灵活配置。
- **中断支持：**USART外设支持中断，可实现数据接收和发送的异步处理。

#### 2.2.1 串口外设寄存器

USART外设的寄存器主要包括：

- **数据寄存器（DR）：**用于读写数据。
- **状态寄存器（SR）：**反映USART外设的当前状态。
- **控制寄存器（CR1、CR2）：**用于配置USART外设的参数。

#### 2.2.2 串口外设中断机制

USART外设支持以下中断：

- **接收中断：**当接收数据缓冲区有数据时触发。
- **发送中断：**当发送数据缓冲区为空时触发。
- **错误中断：**当发生错误（如帧错误、校验错误等）时触发。

中断处理函数中，可以读取状态寄存器来判断中断源，并进行相应的处理。

void USART1_IRQHandler(void) {
  // 读取状态寄存器
  uint32_t sr = USART1->SR;

  // 判断中断源
  if (sr & USART_SR_RXNE) {
    // 接收中断处理
    uint8_t data = USART1->DR;
  } else if (sr & USART_SR_TXE) {
    // 发送中断处理
    USART1->DR = data;
  } else if (sr & USART_SR_ORE) {
    // 错误中断处理
  }
}

# 3.1 中断与串口通信的关联

#### 3.1.1 中断处理流程

中断处理流程是一个由硬件和软件共同完成的复杂过程，其主要步骤如下：

1. **中断发生：**当外部事件或内部事件触发中断时，硬件会向CPU发出中断请求信号。
2. **中断响应：**CPU收到中断请求信号后，会暂停当前正在执行的程序，转而执行中断服务程序（ISR）。
3. **ISR执行：**ISR负责处理中断事件，通常包括读取中断标志、清除中断标志、执行必要的操作（如读取数据、发送数据）。
4. **ISR返回：**ISR执行完毕后，CPU会返回到中断发生前的程序继续执行。

#### 3.1.2 串口通信中断处理

串口通信中断处理是中断处理流程的一个具体应用。当串口外设发生中断事件时，CPU会执行串口通信中断服务程序（ISR）。ISR负责处理串口通信事件，通常包括以下操作：

1. **读取中断标志：**读取串口外设中断寄存器，确定中断事件类型（如接收数据、发送数据）。
2. **清除中断标志：**清除串口外设中断标志，以便下次中断事件发生时能够再次触发中断。
3. **读取/发送数据：**如果中