STM32HAL 飞快入门（十九）：UART 编程（二）—— 中断方式实现收发及局限分析
前言
大家好，这里是 Hello_Embed。上一篇我们用查询方式实现了 UART 收发，但存在 “数据不及时读取易丢失” 的问题。本篇将介绍中断方式—— 通过硬件中断主动通知 CPU 处理收发，减少 CPU 资源占用，同时分析其在复杂场景下的局限性，为下一篇 “中断 + 环形缓冲区” 的改进方案铺垫。
一、中断方式的核心优势与函数
中断方式的核心是 “硬件触发中断，CPU 仅在需要时处理”，无需轮询状态寄存器，显著提升效率。HAL 库中 UART 中断相关的核心函数如下：
| 功能 | 函数 | 作用 | 回调函数（中断完成后触发） |
|---|---|---|---|
| 中断发送 | HAL_UART_Transmit_IT | 启动中断发送，配置后立即返回 | HAL_UART_TxCpltCallback（发送完成） |
| 中断接收 | HAL_UART_Receive_IT | 启动中断接收，配置后立即返回 | HAL_UART_RxCpltCallback（接收完成） |
二、CubeMX 配置：使能 UART 中断
在查询方式配置的基础上，只需额外使能 UART 中断（NVIC），步骤如下：
进入 “Connectivity→USART1→NVIC Settings”，勾选 “Enabled” 使能 USART1 中断：
其他配置（波特率 115200、8 位数据位等）与查询方式一致，生成代码。
三、中断发送：从启动到完成的流程
中断发送的核心是 “CPU 启动发送后即可处理其他任务，发送完成后通过回调函数通知”，具体流程如下：
1. 启动中断发送：HAL_UART_Transmit_IT
函数定义与核心逻辑：
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
if (huart->gState == HAL_UART_STATE_READY) // 检查UART是否空闲
{
huart->pTxBuffPtr = pData;
// 记录发送数据地址
huart->TxXferSize = Size;
// 总长度
huart->TxXferCount = Size;
// 剩余长度（初始等于总长度）
huart->gState = HAL_UART_STATE_BUSY_TX;
// 标记为发送中
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_TXE);
// 使能TXE中断（TDR寄存器空）
return HAL_OK;
}
return HAL_BUSY;
// 若UART忙碌，返回忙状态
}关键：函数仅配置参数并使能中断，不直接发送数据，实际发送由 TXE 中断完成。
2. 中断服务函数：数据发送的核心执行
当 TDR 寄存器为空（数据已转移到移位寄存器）时，触发 TXE 中断，执行流程如下：
中断入口：
USART1_IRQHandler（异常向量表中的串口 1 中断入口）；
跳转至 HAL 库通用处理函数：
HAL_UART_IRQHandler(&huart1)；核心发送逻辑（
UART_Transmit_IT）：
// 从缓冲区取1字节写入TDR寄存器
huart->Instance->DR = (uint8_t)(*huart->pTxBuffPtr++ &
0x00FF);
huart->TxXferCount--;
// 剩余长度减1
if (huart->TxXferCount == 0) // 若所有数据发送完成
{
__HAL_UART_DISABLE_IT(huart, UART_IT_TXE);
// 关闭TXE中断
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_TC);
// 使能TC中断（发送完成）
}- TXE 中断：每发送 1 字节触发一次（除最后 1 字节），共触发
Size-1次； - TC 中断：最后 1 字节从移位寄存器发送完成后触发，标记整个发送流程结束。
3. 发送完成回调：HAL_UART_TxCpltCallback
TC 中断触发后，HAL 库会调用发送完成回调函数（需用户重定义，默认是weak弱函数），用于通知 “发送已完成”。
在usart.c中重定义回调函数：
/* USER CODE BEGIN 1 */
static volatile int g_tx_cplt = 0;
// 发送完成标志（volatile确保中断与主程序可见）
// 发送完成回调：置位标志
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if (huart == &huart1) // 确认是USART1
g_tx_cplt = 1;
}
// 等待发送完成：主程序中调用，避免轮询
void Wait_Tx_Complete(void)
{
while (g_tx_cplt == 0);
// 等待标志置位
g_tx_cplt = 0;
// 复位标志
}
/* USER CODE END 1 */4. 主程序调用：中断发送示例
在main.c中发送字符串，通过Wait_Tx_Complete等待发送完成：
/* USER CODE BEGIN PV */
extern void Wait_Tx_Complete(void);
// 声明等待函数
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 2 */
char *str = "Hello_Embed (Interrupt Tx)!\r\n";
/* USER CODE END 2 */
while (1)
{
// 启动中断发送
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)str, strlen(str));
Wait_Tx_Complete();
// 等待发送完成（不占用CPU，仅在完成后继续）
}实验结果：串口工具可稳定接收字符串，证明中断发送成功：
四、中断接收：从启动到完成的流程
中断接收的逻辑与发送类似：启动接收后，CPU 可处理其他任务，接收完成后通过回调函数通知。
1. 启动中断接收：HAL_UART_Receive_IT
函数会使能 RXNE 中断（RDR 寄存器非空），等待数据到来：
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
// 类似发送函数，记录接收缓冲区地址、长度，使能RXNE中断
__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE);
// 关键：使能接收非空中断
return HAL_OK;
}2. 中断服务函数：数据接收的核心执行
当 RDR 寄存器有数据（接收完成 1 字节）时，触发 RXNE 中断，执行流程如下：
- 中断入口同样是
USART1_IRQHandler，跳转至HAL_UART_IRQHandler； - 核心接收逻辑（
UART_Receive_IT）：
// 从RDR寄存器读取1字节到缓冲区
*huart->pRxBuffPtr++ = (uint8_t)(huart->Instance->DR &
0x007F);
huart->RxXferCount--;
// 剩余接收长度减1
if (huart->RxXferCount == 0) // 若接收完成
{
__HAL_UART_DISABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE);
// 关闭RXNE中断
HAL_UART_RxCpltCallback(huart);
// 调用接收完成回调
}3. 接收完成回调：HAL_UART_RxCpltCallback
需用户重定义，用于标记接收完成：
/* USER CODE BEGIN 1 */
static volatile int g_rx_cplt = 0;
// 接收完成标志
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if (huart == &huart1) // 确认是USART1
g_rx_cplt = 1;
}
// 等待接收完成
void Wait_Rx_Complete(void)
{
while (g_rx_cplt == 0);
// 等待标志置位
g_rx_cplt = 0;
// 复位标志
}
/* USER CODE END 1 */4. 主程序调用：中断接收示例
目标：接收电脑发送的字符，加 1 后返回：
/* USER CODE BEGIN 2 */
char *str1 = "Please enter a char : \r\n";
char c;
// 存储接收的字符
extern void Wait_Tx_Complete(void);
extern void Wait_Rx_Complete(void);
/* USER CODE END 2 */
while (1)
{
// 发送提示信息
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)str1, strlen(str1));
Wait_Tx_Complete();
// 启动中断接收1字节
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&c, 1);
Wait_Rx_Complete();
// 等待接收完成
// 字符加1后返回
c += 1;
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&c, 1);
Wait_Tx_Complete();
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)"\r\n", 2, 1000);
Wait_Tx_Complete();
}五、中断方式的局限性：仍存在数据丢失
上述代码在简单场景下可工作，但快速发送多字节时，仍会出现数据丢失，原因如下：
- 接收完成后，需重新调用
HAL_UART_Receive_IT才能继续接收下一字节； - 若 CPU 正在执行耗时操作（如
HAL_UART_Transmit_IT发送返回数据），未及时重新使能接收中断，新数据会覆盖 RDR 寄存器中的旧数据，导致丢失。
例如，电脑快速发送 “123”，单片机仅收到 “1” ，只返回 “2”：
总结
中断方式通过 “硬件触发 + 回调通知” 减少了 CPU 轮询的资源占用，比查询方式更高效，但单纯的中断接收仍存在缺陷 ——未及时重新使能中断会导致数据丢失。因此需要改进中断方式的接收函数，这也是我下一篇笔记的内容，或者使用DMA的方式。
结尾
本文介绍了 UART 中断方式的收发流程，理解了回调函数的作用及 HAL 库中断处理的逻辑，同时明确了当前实现的局限性。下一篇我们将学习改进中断方式的方法，彻底解决 UART 数据丢失问题。
Hello_Embed 继续带你深入 UART 编程的进阶技巧，敬请期待～
