一、串口接收数据的基本流程

串口通信是一种基于位时序协议的数据传输方式，通常包含起始位、数据位、校验位、停止位等部分。接收数据的核心步骤包括：

1. 等待接收中断或轮询接收标志位；

2. 将数据从接收缓冲区读取；

3. 进行协议解析；

4. 存储或转发处理。

二、单片机串口接收的常见数据处理方法

1. 轮询接收法（Polling）

**原理：**在主循环中不断检查串口接收缓冲区（如 RI 标志位）是否有数据，若有则立即读取。

优点：

• 实现简单；

• 适用于数据量极小、实时性要求不高的系统。

缺点：

• 占用CPU资源严重；

• 易错过数据，可靠性差。

**适用场景：**教学、简单控制台测试。

2. 中断接收法（UART Rx Interrupt）

**原理：**当接收寄存器接收到一个字节时自动触发中断，在中断服务函数中读取数据保存。

优点：

• 实时响应；

• 不占用主循环资源；

• 稳定可靠。

缺点：

• 中断频繁时会增加系统负担；

• 若处理不当，易出现数据丢失或覆盖。

关键点：

• 使用环形缓冲区接收中断数据；

• 中断函数要短小，复杂处理转移到主循环。

**适用场景：**大多数嵌入式系统，如STM32、51、ESP32等单片机通信处理。

3. DMA方式接收（Direct Memory Access）

**原理：**通过DMA模块将串口数据自动搬运到内存指定位置，降低CPU参与度。

优点：

• 高效率、低CPU占用；

• 可处理大数据量；

• 支持连续接收。

缺点：

• 实现复杂；

• 对DMA资源依赖较强；

• 需配合IDLE中断、帧尾标识或定长协议。

**适用场景：**STM32、GD32、NXP等支持DMA的中高端MCU；工业级产品优选。

4. 使用循环缓冲区（环形队列）

**原理：**将接收到的数据按顺序写入一个固定大小的循环数组中，用写指针和读指针管理。

优点：

• 可存储任意长度数据；

• 支持异步读写；

• 避免数据覆盖和丢失。

实现要点：

• 指针处理避免溢出；

• 支持线程/中断同步（必要时加锁或禁用中断）。

**适用场景：**与中断/DMA配合使用，处理大批量或协议帧数据。

5. 帧头+帧尾标识法（如0xAA+0x55）

原理：在发送数据中添加帧头、帧尾进行标识接收起始和结束位置，从而解析一帧完整数据。

优点：

• 简洁直观；

• 易于调试；

• 不依赖定长数据。

缺点：

• 对于连续发送数据可能需要额外处理帧同步；

• 若帧内数据包含帧头字节则需转义处理。

**适用场景：**串口通信协议设计，如主从设备通信、传感器数据上报等。

6. 定长/变长协议解析法

定长协议

每次固定接收 N 个字节（如 10 字节），无需解析帧头帧尾。

**优点：**实现简单，接收逻辑清晰。

**缺点：**灵活性差，不适合变长数据。

变长协议（含长度字段）

在数据中插入“数据长度”字段，如第二个字节表示数据长度，适合不确定帧长。

**优点：**灵活通用；

**缺点：**解析逻辑稍复杂，需处理接收完整性判断。

7. 超时判断法

**原理：**当串口接收中断触发后，启动定时器，若一定时间内无新字节到达，则认为一帧接收完成。

优点：

• 无需帧尾字节；

• 可应用于变长数据帧接收。

缺点：

• 超时时间设置需兼顾接收速率与系统延迟；

• 定时器占用资源。

常与 IDLE中断、DMA结合使用，是STM32串口高级通信中的常用方法。

三、推荐使用方案总结（按使用场景）

四、数据完整性与安全性建议

1. 加入校验机制：如CRC、LRC等；

2. 加入超时/溢出判断：防止死等或缓冲区被覆盖；

3. 优先使用环形缓冲：支持异步处理；

4. 加锁/禁用中断：多线程/中断中访问缓冲需加锁或原子操作；

5. 注意字节对齐与串扰：特别在DMA使用中要注意缓存区一致性。