【通信协议解密】：如何通过串口与STM32通信传输采集数据，一看即会！


参考资源链接：[STM32 ADC应用：太阳能电池板电压电流监测与数码管显示](https://wenku.csdn.net/doc/6412b75abe7fbd1778d49fed?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 通信协议基础与串口通信概述

## 1.1 通信协议的重要性
在现代电子通信中，协议是一组规则，用于控制设备之间如何交换信息。这些规则定义了数据的格式、传输速度、信号电平、数据包的大小、寻址方式等关键因素。有效的通信协议不仅确保了数据完整性和传输效率，还提供了必要的安全保障。

## 1.2 串口通信的角色
串口通信，也被称为串行通信，是一种常见的设备间通信方式。它通过单一信号线传输数据，相对并行通信而言，串口通信在远距离传输、成本效益以及硬件简化方面具有明显优势。在嵌入式系统、计算机外设、工业控制等领域得到广泛应用。

## 1.3 串口通信协议的组成
串口通信协议通常包含以下几个核心要素：
- **数据位（Data Bits）**：传输数据的字节大小，例如8位。
- **停止位（Stop Bits）**：一个字节发送结束后的标志位，常用值为1或2。
- **校验位（Parity Bit）**：可选，用于错误检测。
- **波特率（Baud Rate）**：单位时间内传输的符号数，例如9600波特率意味着每秒传输9600个符号。

通过理解这些要素，开发者可以更好地配置设备的串口通信参数，以确保设备间能够正确、可靠地通信。在接下来的章节中，我们将深入探讨如何在STM32微控制器上配置和使用串口通信。

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# 第二章：STM32基础与串口配置

## 2.1 STM32微控制器简介

### 2.1.1 STM32系列特点与应用场景

STM32是STMicroelectronics（意法半导体）推出的基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。该系列微控制器广泛应用于工业、医疗、智能家居、物联网等多个领域，具有处理速度快、性能高、功耗低、集成度高等特点。STM32系列微控制器提供了丰富的外设，如ADC、DAC、I2C、SPI、USART/UART、CAN等，支持灵活的时钟配置、低功耗模式以及多种安全特性，使其非常适合用于复杂的应用场景。

在物联网设备中，STM32可以作为智能传感器的控制核心，实现数据采集与处理；在智能家居领域，STM32能够控制各类家电设备，响应用户的操作指令；在工业自动化中，STM32通过其强大的处理能力和丰富的外设，可以实现对生产线的精确控制。

### 2.1.2 STM32的开发环境搭建

要开发STM32应用，首先需要搭建相应的开发环境。通常情况下，开发者会选择Keil MDK、IAR Embedded Workbench或者STM32CubeIDE等集成开发环境（IDE）。Keil MDK具有丰富的库文件和组件，适合对性能要求较高的应用。IAR Embedded Workbench提供先进的编译器和调试器，支持高效的代码优化。STM32CubeIDE是ST官方提供的综合开发环境，集成了STM32CubeMX，能够简化项目配置和外设初始化。

开发环境搭建步骤通常包括安装IDE、配置编译器、安装调试器驱动程序、安装串口通信支持软件等。以STM32CubeIDE为例，开发者可以从ST官网下载安装包，选择适合的操作系统版本进行安装。安装完成后，通过STM32CubeMX快速配置项目，生成初始化代码，随后可以在STM32CubeIDE中编译和调试程序。

## 2.2 STM32串口工作原理

### 2.2.1 串口通信协议的核心要素

串口通信（Serial Communication），即串行通信，是一种使用单一信号线进行数据传输的方式。其核心要素包括：

- 同步/异步模式：同步模式要求在发送和接收端有统一的时钟信号，而异步模式通过起始位和停止位来标识数据包的开始和结束。
- 波特率：即每秒传输的符号数，是衡量串口通信速率的重要指标。
- 数据位：每个数据包中携带的比特数，常见的有8位数据位。
- 停止位：数据包结束的标识位，可以是1位或2位。
- 校验位：用于错误检测，常见的校验方式有无校验、奇校验和偶校验。

在STM32中，通过配置USART（通用同步/异步接收/发送器）或UART（通用异步接收/发送器）来实现串口通信。STM32的串口支持多种波特率，包括自定义波特率，能够满足不同应用场景的需求。

### 2.2.2 STM32串口接口的硬件连接

STM32的串口接口硬件连接通常需要三个基本信号线：TX（发送线）、RX（接收线）以及地线（GND）。某些情况下，如果需要硬件流控，还会用到RTS（请求发送）和CTS（清除发送）信号。

下表展示了STM32单个串口的典型连接方式：

| STM32引脚 | 连接对象 | 功能说明 |
| ---------- | --------- | --------- |
| TX | 通信设备RX | 发送数据信号 |
| RX | 通信设备TX | 接收数据信号 |
| GND | 公共地线 | 电源地参考点 |

硬件连接通常采用USB转串口适配器或者直接与支持串口通信的设备相连。例如，在开发板调试过程中，可以通过USB转串口适配器连接电脑的USB端口，通过串口软件进行通信数据的发送和接收。

## 2.3 STM32串口配置步骤

### 2.3.1 串口初始化参数设置

串口初始化主要配置串口的工作模式、波特率、数据位、停止位和校验位等参数。以下是一个基本的STM32串口初始化代码示例，使用了HAL库函数进行配置：

UART_HandleTypeDef huart1;

void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 9600; // 设置波特率
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; // 8位数据长度
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; // 1个停止位
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; // 无校验位
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; // 支持发送和接收
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; // 无硬件流控制
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16; // 16倍过采样
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    // 初始化错误处理
  }
}

在这段代码中，我们首先定义了一个`UART_HandleTypeDef`类型的变量`huart1`，用于存放串口的配置参数。然后在初始化函数`MX_USART1_UART_Init`中，对`huart1`结构体中的各个成员进行赋值，从而定义了串口的工作参数。最后，调用`HAL_UART_Init`函数进行实际的初始化过程。

### 2.3.2 中断与DMA的配置方法

STM32的串口通信支持中断和DMA（直接内存访问）两种数据传输模式。

中断模式允许CPU在接收到数据或发送完数据时得到通知并执行相应的数据处理代码。中断模式的配置包括使能中断、配置中断优先级以及实现中断处理函数等步骤。例如，使能接收中断并设置中断优先级的代码如下：

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE);

在这段代码中，`aRxBuffer`是用于存储接收到的数据的缓冲区，`RXBUFFERSIZE`是缓冲区的大小，`huart1`是之前定义的串口句柄。

DMA模式通过硬件直接在内存和外设之间传输数据，而无需CPU介入，从而减轻了CPU的负担，提高了数据传输效率。DMA模式下配置串口需要指定DMA通道、数据缓冲区地址、传输方向、缓冲区大小等参数。使用DMA接收数据的配置代码示例：

UART_HandleTypeDef huart1;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;

void MX_