STM32 HAL库实战：轻松实现串口通信驱动蓝牙模块与ESP8266开发
引言
STM32F103C8T6作为一款性能强劲的32位微控制器，广泛应用于各类嵌入式系统。本文将详细介绍如何使用STM32F103C8T6的HAL库进行串口通信，并展示如何通过串口驱动蓝牙模块（如HC-05）和WiFi模块（如ESP8266），实现无线通信功能。
一、串口通信基础
1.1 串口通信原理
串口通信是一种广泛使用的通信方式，通过一根发送线（TX）和一根接收线（RX）进行数据传输。STM32F103C8T6提供了多个USART（通用同步异步收发器）接口，支持全双工通信。
1.2 HAL库配置串口
在HAL库中，串口通信的配置主要包括波特率设置、数据位、停止位和校验位等。以下是一个基本的串口初始化代码示例：
UART_HandleTypeDef uart1_handle; /* UART1句柄 */
/**
* @brief 串口1初始化函数
* @param baudrate: 波特率, 根据自己需要设置波特率值
* @retval 无
*/
void uart1_init(uint32_t baudrate)
{
/*UART1 初始化设置*/
uart1_handle.Instance = USART1; /* USART1 */
uart1_handle.Init.BaudRate = baudrate; /* 波特率 */
uart1_handle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; /* 字长为8位数据格式 */
uart1_handle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; /* 一个停止位 */
uart1_handle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; /* 无奇偶校验位 */
uart1_handle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; /* 无硬件流控 */
uart1_handle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; /* 收发模式 */
HAL_UART_Init(&uart1_handle); /* HAL_UART_Init()会使能UART1 */
}
在以下代码中，当函数调用HAL_UART_Init()函数时，就会自动调用 HAL_UART_MspInit()，以完成底层硬件相关的配置。
在下方代码中，我们配置与硬件相关的部分，例如：
- 使能UART和GPIO的时钟。
- 初始化TX/RX引脚（配置为复用功能）。
- 配置中断（串口中断和总线空闲中断）。
/**
* @brief UART底层初始化函数
* @param huart: UART句柄类型指针
* @note 此函数会被HAL_UART_Init()调用
* 完成时钟使能，引脚配置，中断配置
* @retval 无
*/
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
if (huart->Instance == USART1) /* 如果是串口1，进行串口1 MSP初始化 */
{
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 使能串口TX脚时钟 */
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); /* 使能串口时钟 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_9; /* 串口发送引脚号 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* IO速度设置为高速 */
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_10; /* 串口RX脚 模式设置 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct); /* 串口RX脚 必须设置成输入模式 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); /* 使能USART1中断通道 */
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3, 3); /* 组2，最低优先级:抢占优先级3，子优先级3 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE); /* 使能UART1接收中断 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_IDLE); /* 使能UART1总线空闲中断 */
}
}
这边暂时体供串口1的中断处理函数。由于我们串口1开启了两个中断：
-
- 接收寄存器非空触发中断
- 串口空闲线路中断
我们在以下中断处理函数中，处理这两个中断。接收非空中断触发时，将接收到的数据进行缓存到数组中，当触发空闲中断说明数据接收完毕，则将数据打印出来。这边使用printf函数，需要堆fputc函数进行该写。
#define UART1_RX_BUF_SIZE 128 //
#define UART1_TX_BUF_SIZE 64
uint8_t uart1_rx_buf[UART1_RX_BUF_SIZE]; /* UART1接收缓冲区 */
/**
* @brief UART1接收缓冲区清除
* @param 无
* @retval 无
*/
void uart1_rx_clear(void)
{
memset(uart1_rx_buf, 0, sizeof(uart1_rx_buf)); /* 清空接收缓冲区 */
uart1_rx_len = 0; /* 接收计数器清零 */
}
/**
* @brief 串口1中断服务函数
* @note 在此使用接收中断及空闲中断，实现不定长数据收发
* @param 无
* @retval 无
*/
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
if (huart->Instance == USART1) /* 如果是串口1，进行串口1 MSP初始化 */
{
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 使能串口TX脚时钟 */
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); /* 使能串口时钟 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_9; /* 串口发送引脚号 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* IO速度设置为高速 */
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_10; /* 串口RX脚 模式设置 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct); /* 串口RX脚 必须设置成输入模式 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); /* 使能USART1中断通道 */
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3, 3); /* 组2，最低优先级:抢占优先级3，子优先级3 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE); /* 使能UART1接收中断 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_IDLE); /* 使能UART1总线空闲中断 */
}
else if (huart->Instance == USART2) /* 如果是串口2，进行串口2 MSP初始化 */
{
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 使能串口TX脚时钟 */
__HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE(); /* 使能串口时钟 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_2; /* 串口发送引脚号 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* IO速度设置为高速 */
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_3; /* 串口RX脚 模式设置 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct); /* 串口RX脚 必须设置成输入模式 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn); /* 使能USART2中断通道 */
HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 3, 3); /* 组2，最低优先级:抢占优先级3，子优先级3 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE); /* 使能UART2接收中断 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_IDLE); /* 使能UART2总线空闲中断 */
}
}
我们改写fputc函数，这样就可以直接使用printf函数进行串口打印。
/**
* @brief 重定义fputc函数
* @note printf函数最终会通过调用fputc输出字符串到串口
*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while ((USART1->SR & 0X40) == 0); /* 等待上一个字符发送完成 */
USART1->DR = (uint8_t)ch; /* 将要发送的字符 ch 写入到DR寄存器 */
return ch;
}
做完这些操作，编译时也记得打开使用MicroLIB。
至此，我们可以使用printf函数直接利用CH340单片机给电脑发送串口消息。
二、驱动蓝牙模块（HC-08）
2.1 硬件连接
将HC-08蓝牙模块的TX引脚连接到STM32的RX引脚，将HC-08的RX引脚连接到STM32的TX引脚。同时，确保蓝牙模块和STM32共地。
2.2 软件配置
在串口初始化完成后，可以通过串口发送AT指令来配置HC-08蓝牙模块。例如，设置蓝牙模块的名称和配对密码，
我们使用串口二与之交叉相连。
UART_HandleTypeDef uart2_handle= {0};
void bt_init(uint32_t baudrate)
{
/*uart2 初始化设置*/
uart2_handle.Instance = USART2; /* USART1 */
uart2_handle.Init.BaudRate = baudrate; /* 波特率 */
uart2_handle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; /* 字长为8位数据格式 */
uart2_handle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; /* 一个停止位 */
uart2_handle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; /* 无奇偶校验位 */
uart2_handle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; /* 无硬件流控 */
uart2_handle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; /* 收发模式 */
HAL_UART_Init(&uart2_handle); /* HAL_UART_Init()会使能uart2 */
}
/**
* @brief uart2接收缓冲区清除
* @param 无
* @retval 无
*/
void uart2_rx_clear(void)
{
memset(uart2_rx_buf, 0, sizeof(uart2_rx_buf)); /* 清空接收缓冲区 */
uart2_rx_len = 0; /* 接收计数器清零 */
}
/**
* @brief 串口2中断服务函数
* @note 在此使用接收中断及空闲中断，实现不定长数据收发
* @param 无
* @retval 无
*/
void USART2_IRQHandler(void)
{
uint8_t receive_data = 0;
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&uart2_handle, UART_FLAG_RXNE) != RESET){ /* 获取接收RXNE标志位是否被置位 */
if(uart2_rx_len >= sizeof(uart2_rx_buf)) /* 如果接收的字符数大于接收缓冲区大小， */
uart2_rx_len = 0; /* 则将接收计数器清零 */
HAL_UART_Receive(&uart2_handle, &receive_data, 1, 1000); /* 接收一个字符 */
uart2_rx_buf[uart2_rx_len++] = receive_data; /* 将接收到的字符保存在接收缓冲区 */
}
if (__HAL_UART_GET_FLAG(&uart2_handle, UART_FLAG_IDLE) != RESET) /* 获取接收空闲中断标志位是否被置位 */
{
printf("bt recv: %s\r\n", uart2_rx_buf); /* 将接收到的数据打印出来 */
uart2_rx_clear();
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&uart2_handle); /* 清除UART总线空闲中断 */
}
}
#include "stdarg.h"
void bt_send(char * format, ...)
{
uint8_t send_buf[128] ={0};
va_list arg;
va_start(arg, format);
vsprintf((char *)send_buf, format, arg);
va_end(arg);
HAL_UART_Transmit(&uart2_handle, send_buf, sizeof(send_buf), 100);
}
2.3 数据收发
配置完成后，即可通过串口与蓝牙模块进行数据收发。例如：
int main(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
uart1_init(115200);
bt_init(115200);
printf("hello world!\r\n");
uint8_t i = 0;
while(1)
{
bt_send("hello, bt%d\r\n", i++);
delay_ms(500);
}
}
三、驱动WiFi模块（ESP8266）
为避免文章过长，ESP8266的驱动，本文暂时只讲最简单的连接测试，他的几种连接方式放在明天的文章中，进行详细介绍。
3.1 硬件连接
将ESP8266模块的TX引脚连接到STM32的RX引脚，将ESP8266的RX引脚连接到STM32的TX引脚。同时，确保ESP8266的VCC、GND正确连接。
3.2 软件配置
ESP8266的配置相对复杂，需要通过串口发送AT指令进行WiFi连接和TCP/UDP通信设置。
在这个案例中，我们接收连续字符串不采用空闲中断，所以在HAL_UART_MspInit函数中，我们将串口2的IDLE中断注释。
以下是一个简单的WiFi连接示例：
#define ESP8266_RX_BUF_SIZE 128
#define ESP8266_TX_BUF_SIZE 64
#define ESP8266_EOK 0
#define ESP8266_ERROR 1
#define ESP8266_ETIMEOUT 2
#define ESP8266_EINVAL 3
UART_HandleTypeDef esp8266_handle = {0};
void esp8266_uart_init(uint32_t baudrate)
{
esp8266_handle.Instance = USART2;
esp8266_handle.Init.BaudRate = baudrate;
esp8266_handle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
esp8266_handle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
esp8266_handle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
esp8266_handle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
esp8266_handle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
HAL_UART_Init(&esp8266_handle);
}
uint8_t esp8266_rx_buf[ESP8266_RX_BUF_SIZE];
uint16_t esp8266_cnt = 0, esp8266_cntPre = 0;
void USART2_IRQHandler(void)
{
uint8_t receive_data = 0;
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&esp8266_handle, UART_FLAG_RXNE) != RESET)
{
if(esp8266_cnt >= sizeof(esp8266_rx_buf))
esp8266_cnt = 0;
HAL_UART_Receive(&esp8266_handle, &receive_data, 1, 1000);
esp8266_rx_buf[esp8266_cnt++] = receive_data;
//uart1_cnt++;
//HAL_UART_Transmit(&uart1_handle, &receive_data, 1, 1000);
}
}
uint8_t esp8266_wait_receive(void)
{
if(esp8266_cnt == 0)
return ESP8266_ERROR;
if(esp8266_cnt == esp8266_cntPre)
{
esp8266_cnt = 0;
return ESP8266_EOK;
}
esp8266_cntPre = esp8266_cnt;
return ESP8266_ERROR;
}
void esp8266_rx_clear(void)
{
memset(esp8266_rx_buf, 0, sizeof(esp8266_rx_buf));
esp8266_cnt = 0;
}
void esp8266_receive_data(void)
{
if(esp8266_wait_receive() == ESP8266_EOK)
{
printf("esp8266 recv: %s\r\n", esp8266_rx_buf);
esp8266_rx_clear();
}
}
uint8_t esp8266_send_command(char *cmd, char *res)
{
uint8_t time_out = 250;
esp8266_rx_clear();
HAL_UART_Transmit(&esp8266_handle, (uint8_t *)cmd, strlen(cmd), 100);
while(time_out--)
{
if(esp8266_wait_receive() == ESP8266_EOK)
{
if(strstr((const char*)esp8266_rx_buf, res) != NULL)
return ESP8266_EOK;
}
delay_ms(10);
}
return ESP8266_ERROR;
}
void esp8266_test(void)
{
if(esp8266_send_command("AT", "OK") == ESP8266_EOK)
printf("esp8266 test: %s\r\n", esp8266_rx_buf);
}
3.3 数据收发
WiFi连接成功后，即可通过串口与ESP8266进行TCP/UDP数据收发。例如，发送数据到服务器：
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "uart1.h"
#include "esp8266.h"
int main(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
uart1_init(115200);
esp8266_init(115200);
printf("hello world!\r\n");
while(1)
{
esp8266_test();
delay_ms(10);
}
}
四、总结
本文通过详细的步骤介绍了如何在STM32F103C8T6上使用HAL库进行串口通信，并展示了如何通过串口驱动蓝牙模块（HC-08）和WiFi模块（ESP8266）。这些技术为实现无线通信功能提供了坚实的基础，适用于各种嵌入式系统应用。