3. UART驱动实战：STM32 HAL库轮询模式收发数据

UART，说白了就是串口。做嵌入式开发的人，没人离得开它。我最早接触单片机时，第一个调通的外设就是UART——看着串口助手打印出"Hello World"，那种感觉，嗯，至今还记得。

这一章咱们就动手实战。用STM32的HAL库，把UART轮询模式跑起来。你跟着我一步步来，很快就能看到效果。

3.1 轮询模式是什么？

轮询模式，就是CPU一直盯着某个标志位，等它变化。比如发数据时，等发送完成标志位置位；收数据时，等接收完成标志位置位。

说白了，就是"死等"。CPU在这期间啥也不干，就干等。

我在项目中遇到过一个小白同事，用轮询模式跑115200波特率，一次发几百字节，结果整个系统卡死了。后来改成中断模式才解决。所以你要记住：轮询模式适合小数据量，别贪多。

3.2 STM32CubeMX配置UART

咱们用STM32F103C8T6做演示。先打开CubeMX，配置UART1。

配置步骤：

1. 选择芯片型号：STM32F103C8Tx
2. 在Pinout & Configuration页面，找到USART1
3. Mode选择Asynchronous（异步模式）
4. Parameter Settings里设置：
   • Baud Rate：115200 Bits/s
   • Word Length：8 Bits
   • Parity：None
   • Stop Bits：1
5. NVIC Settings里，暂时不使能中断（轮询模式不需要）
6. 生成代码

3.3 HAL库UART轮询API

HAL库给我们封装好了三个轮询函数。你记住它们就行：

函数名	功能	超时参数
HAL_UART_Transmit	发送数据	超时时间（ms）
HAL_UART_Receive	接收数据	超时时间（ms）
HAL_UART_Transmit_IT	中断发送（本章不用）	—

函数原型长这样：

// 发送：pData是数据指针，Size是字节数，Timeout是超时时间
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, 
                                     uint8_t *pData, 
                                     uint16_t Size, 
                                     uint32_t Timeout);

// 接收：同样参数结构
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, 
                                    uint8_t *pData, 
                                    uint16_t Size, 
                                    uint32_t Timeout);

返回值是HAL_OK表示成功，HAL_TIMEOUT表示超时，HAL_ERROR表示出错。

3.4 实战：发送"Hello UART"

好，咱们写代码。打开main.c，在main函数里加上发送代码。

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

uint8_t txBuffer[] = "Hello UART!\r\n";

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    while (1)
    {
        // 发送数据，超时时间1000ms
        HAL_UART_Transmit(&huart1, txBuffer, sizeof(txBuffer) - 1, 1000);
        
        // 延时1秒
        HAL_Delay(1000);
    }
}

编译下载，打开串口助手。你应该能看到每隔1秒打印一次"Hello UART!"。

3.5 实战：接收并回显

光发不收，那是单工。咱们来个回显程序：收到什么，就发回什么。

uint8_t rxByte;

while (1)
{
    // 接收1个字节，超时时间1000ms
    if (HAL_UART_Receive(&huart1, &rxByte, 1, 1000) == HAL_OK)
    {
        // 收到数据，原样发回
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &rxByte, 1, 1000);
    }
}

你往串口助手发一个字符，它就会回显一个字符。这就是最简单的"串口回环"。

为什么会这样？因为HAL_UART_Receive在收到数据前会一直等（轮询），直到超时。收到后立即发回，然后继续等下一个字节。

3.6 轮询模式的坑

我用轮询模式踩过的坑，给你列出来：

• 超时时间设太短：如果对方回复慢，你的程序会反复超时退出。我建议设1000ms起步。
• 接收卡死：如果对方不发数据，HAL_UART_Receive会一直等。整个程序就卡在那了。所以轮询模式不适合做"等待不确定时长"的接收。
• 数据粘包：轮询模式一次收一个字节，如果对方连续发多个字节，你可能只收到第一个，后面的丢了。解决办法是用中断或DMA。

3.7 知识结构图

下面这张图，帮你理清UART轮询模式的核心逻辑：

3.8 完整示例代码

最后，给你一个完整的收发示例。这个程序会先发提示信息，然后等待用户输入，收到后回显并加上换行。

/* main.c - UART轮询模式收发示例 */

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

uint8_t prompt[] = "Please input a character:\r\n";
uint8_t rxByte;
uint8_t txPrefix[] = "You sent: ";

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    // 发送提示信息
    HAL_UART_Transmit(&huart1, prompt, sizeof(prompt) - 1, 1000);

    while (1)
    {
        // 接收1个字节
        if (HAL_UART_Receive(&huart1, &rxByte, 1, 5000) == HAL_OK)
        {
            // 发送前缀
            HAL_UART_Transmit(&huart1, txPrefix, sizeof(txPrefix) - 1, 1000);
            
            // 发送收到的字符
            HAL_UART_Transmit(&huart1, &rxByte, 1, 1000);
            
            // 发送换行
            uint8_t newline[] = "\r\n";
            HAL_UART_Transmit(&huart1, newline, 2, 1000);
        }
        else
        {
            // 超时处理
            uint8_t timeoutMsg[] = "Timeout! No data received.\r\n";
            HAL_UART_Transmit(&huart1, timeoutMsg, sizeof(timeoutMsg) - 1, 1000);
        }
    }
}