参考教程:[9-1] USART串口协议_哔哩哔哩_bilibili
1、通信接口:
(1)通信的目的:将一个设备的数据传送到另一个设备,扩展硬件系统。
(2)通信协议:制定通信的规则,通信双方按照协议规则进行数据收发。
名称 |
引脚 |
双工 |
电平 |
设备 |
USART |
TX、RX |
全双工 |
单端 |
点对点 |
I2C |
SCL、SDA |
半双工 |
单端 |
多设备 |
SPI |
SCLK、MOSI、MISO、CS |
全双工 |
单端 |
多设备 |
CAN |
CAN_H、CAN_L |
半双工 |
差分 |
多设备 |
USB |
DP、DM |
半双工 |
差分 |
点对点 |
相关术语:
①全双工:通信双方可以在同一时刻互相传输数据。
半双工:通信双方可以互相传输数据,但必须分时复用一根数据线。
单工:通信只能有一方发送到另一方,不能反向传输。
②异步:通信双方各自约定通信速率。
同步:通信双方靠一根时钟线来约定通信速率。
③总线:连接各个设备的数据传输线路(类似于一条马路,把路边各住户连接起来,使住户可以相互交流)。
2、串口通信:
(1)串口是一种应用十分广泛的通讯接口,串口成本低、容易使用、通信线路简单,可实现两个设备的互相通信。
(2)单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信,极大地扩展了单片机的应用范围,增强了单片机系统的硬件实力。
3、硬件电路:
(1)简单双向串口通信有两根通信线(发送端TX和接收端RX)。
(2)TX与RX要交叉连接。
(3)当只需单向的数据传输时,可以只接一根通信线。
(4)当电平标准不一致时,需要加电平转换芯片。电平标准是数据1和数据0的表达方式,是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系,串口常用的电平标准有如下三种:
①TTL电平:+3.3V或+5V表示1,0V表示0(单片机常用)
②RS232电平:-3~-15V表示1,+3~+15V表示0(大型机器中常用)
③RS485电平:两线压差+2~+6V表示1,-2~-6V表示0(差分信号,抗干扰能力强,传输距离远)
4、串口参数及时序:
(1)波特率:串口通信的速率。
(2)起始位:标志一个数据帧的开始,固定为低电平(空闲时处于高电平,低电平/下降沿出现代表准备开始传输数据)。
(3)数据位:数据帧的有效载荷(真正的数据内容),1为高电平,0为低电平,低位先行。
(4)校验位:用于数据验证,根据数据位计算得来。(左图不带校验位,右图带校验位)
(5)停止位:用于数据帧间隔,固定为高电平(代表一个数据的传输完成)。
5、USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)通用同步/异步收发器:
(1)USART是STM32内部集成的硬件外设,可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序,从TX引脚发送出去,也可自动接收RX引脚的数据帧时序,拼接为一个字节数据,存放在数据寄存器里(也就是说软件中不用实现时序,底层已经将时序封装好了)。
(2)自带波特率发生器,最高达4.5Mbits/s。
(3)可配置数据位长度(8/9)、停止位长度(0.5/1/1.5/2)。
(4)可选校验位(无校验/奇校验/偶校验)。
(5)支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN。
(6)STM32F103C8T6的USART资源:USART1(挂载在APB2总线)、 USART2(挂载在APB1总线)、 USART3(挂载在APB1总线)。
6、USART框图:
(1)左上角TX和RX分别为发生和接收引脚,SW_RX、IRDA_OUT/IN是智能卡和IrDa通信的引脚。
(2)发送移位寄存器将数据一位一位地写给TX引脚(由发送器控制驱动),发送移位寄存器将一个字节的数据发送完成后,TDR自动将下一个字节数据一次性写进发送移位寄存器并置标志位TXE(TX Empty,发送数据寄存器为空)为1,标志位TXE为1时,可以往TDR中写数据,硬件自动置TXE为0。
(3)接收移位寄存器一位一位地从RX引脚读取数据(由接收器控制驱动),当接收移位寄存器接收到一个字节的数据后,会将该字节数据自动地一次性写进RDR并置标志位RXNE(RX Not Empty,接收数据寄存器非空)为1,程序检测到RXNE为1时,就可以将RDR中的数据读走,硬件自动置RXNE为0。
(4)发送数据寄存器(软件只能进行写操作)和接收数据寄存器(软件只能进行读操作)占用同一个地址(软件中是同一个地址,实际是两个不同的硬件)。
(5)如果发送设备发生数据的速度太快,接收设备可能会来不及处理,这时就会出现丢弃或覆盖数据的现象,硬件数据流控可以解决这个问题,nRTS引脚用于作为接收方时通知发送方是否做好了接收数据的准备,nCTS引脚用于作为发送方时判断接收方是否做好了接收数据的准备,两个引脚均为低电平有效。
(6)SCLK是产生同步的时钟信号,它配合发送移位寄存器输出(仅支持输出,不支持输入),发送寄存器每移位一次,同步时钟电平就跳变一个周期。同步时钟信号可以兼容其它通信协议,也可以帮助接收方接收数据,提供自适应波特率(比如接收设备不确定发送设备的波特率,那么它可以对该时钟的周期进行测量计算出波特率)。
(7)USART中也有中断控制,其状态寄存器中有各种标志位,比较重要的有TXE和RXNE。
7、USART基本结构:
8、数据帧:(数据接收端可以在时钟上升沿进行采样以读取数据)
9、起始位侦测:
(1)输入电路会对采样时钟进行细分,它会在传送一位数据的时间内进行16次采样(采样时钟频率是波特率的16倍),如果发现两次采样之间出现下降沿,说明起始位开始。
(2)在起始位会进行16次采样,如果没有噪声,起始位的采样均为0,标准要求每3位中至少有2个0,这是因为实际中多多少少会有噪声影响。如果连续3位均为0,起始位侦测成功;如果连续3位中有1位为1,起始位虽然侦测成功,不过噪声标志位NE会置为1;如果0的个数不符合要求,起始位侦测失败,输入电路重新检测下一个起始位。
(3)当输入电路侦测到一个数据帧的起始位后,就会连续采样一帧数据,同时从起始位开始,采样位置会对齐到每一位数据的信号的正中间。
10、数据采样:在一个数据位中有16个采样时钟脉冲,数据采样时直接在每一位数据的信号的正中间,也就是第8、9、10个采样点采样数据位(连续采样3次是为了保证数据的可靠性,采集到的0多则为0,1多则为1,如果3次采样不同,噪声标志位NE会置为1)。
11、波特率发生器:
(1)发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定。
(2)计算公式:波特率 = fPCLK2/1 / (16 * DIV)
12、串口发送:(单片机通过串口向电脑发送数据)
(1)按照下图所示接好电路,并将OLED显示屏的项目文件夹复制一份作为模板使用。(USART1_TX复用在PA9引脚上,USART1_RX复用在PA10引脚上)
(2)在项目的Hardware组中添加Serial.h文件和Serial.c文件用于封装串口模块的代码。
①Serial.h文件:
#ifndef __Serial_H
#define __Serial_H
#include <stdio.h>
void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);
#endif
②Serial.c文件:
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
void Serial_Init(void)
{
//开启GPIO和USART的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//把USART1_TX(PA9)配置为复用输出模式,把USART1_RX(PA10)配置为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
/*本例并不需要实现接收功能,可以暂时不用配置PA10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
*/
//配置USART1
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流控
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; //本例只需要发送功能
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无校验
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位为1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //无校验,一共8位数据
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//如果只需要使用发送功能,现在就可以开启USART1(使用接收功能还需要配置中断)
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
void Serial_SendByte(uint8_t Byte) //发送一个字节
{
USART_SendData(USART1, Byte); //写一字节数据进TDR寄存器
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
//标志位TXE为0时,TDR中的数据还没写进发送移位寄存器,需要等待
//TXE标志位不需要软件清除,写TDR寄存器时TXE自动置0
}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length) //发送一个数组
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //有多少个元素就循环几次
{
Serial_SendByte(Array[i]); //发送1个元素(1个元素正好1个字节)
}
}
void Serial_SendString(char *String) //发送一个字符串
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; String[i] != '\0'; i++) //直到遇到字符串结束标志,否则持续发送
{
Serial_SendByte(String[i]); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y) //计算X的Y次方(用于分离个十百千万位)
{
uint32_t Result = 1;
while(Y--)
{
Result *= X;
}
return Result;
}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length) //发送一个数字
{
uint8_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //数字有几位就发送几次,每次发送一位数,从高位开始
{
Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0'); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
int fputc(int ch, FILE *f) //重写fputc函数(它是printf函数的底层)
{
Serial_SendByte(ch); //将fputc重定向到串口,这样调用printf时就能在串口助手上输出字符串
return ch;
}
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
char String[100];
va_list arg;
va_start(arg, format);
vsprintf(String, format, arg);
va_end(arg);
Serial_SendString(String);
}
(3)在stm32f10x_usart.h文件中有配置USART的函数,以下先简单介绍几个。
[1]USART_DeInit函数:恢复USART缺省配置。
[2]USART_Init函数:使用结构体中的参数初始化USART。
[3]USART_StructInit函数:给结构体中的参数赋一个默认值。
[4]USART_ClockInit函数:使用结构体中的参数配置同步时钟输出。
[5]USART_ClockStructInit函数:给结构体中的参数赋一个默认值。
[6]USART_Cmd函数:使能USART。
[7]USART_ITConfig函数:中断输出控制,用于控制某个中断能不能通往NVIC。
[8]USART_DMACmd函数:开启USART到DMA的触发通道,允许USART向DMA发送请求。
[9]USART_SendData函数:写DR(TDR)寄存器,用于发送数据。
[10]USART_ReceiveData函数:读DR(RDR)寄存器,用于接收数据。
[11]USART_GetFlagStatus函数:获取状态标志位。
[12]USART_ClearFlag函数:清除标志位。
[13]USART_GetITStatus函数:获取中断状态。
[14]USART_ClearITPendingBit函数:清除中断挂起位。
(4)在main.c文件中粘贴以下代码,然后编译,将程序下载到开发板中。
#include "stm32f10x.h" // Device headerCmd
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
int main()
{
OLED_Init();
Serial_Init();
uint8_t MyArray[] = {0x41, 0x42, 0x43, 0x44};
Serial_SendArray(MyArray, sizeof(MyArray)/sizeof(MyArray[0]));
Serial_SendString("\r\nNum1=");
Serial_SendNumber(111,3);
printf("\r\nNum2=%d", 222);
char String[100];
sprintf(String,"\r\nNum3=%d", 333); //指定打印位置为String
Serial_SendString(String);
Serial_Printf("\r\nNum4=%d", 444);
Serial_Printf("\r\n");
while(1)
{
}
}
(5)打开串口助手,配置好接收方的串口后打开串口,借助复位按键进行调试。(接收区的接收模式选择文本模式)
(6)使用printf函数前需要做以下操作。
13、串口发送+接收:
(1)按照下图所示接好电路,并将上例的项目文件夹复制一份作为模板使用。
(2)修改Serial.h文件和Serial.c文件:
①Serial.h文件:
#ifndef __Serial_H
#define __Serial_H
#include <stdio.h>
void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);
uint8_t Serial_GetRxFlag(void);
uint8_t Serial_GetRxData(void);
#endif
②Serial.c文件:
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
uint8_t Serial_RxData; //接收数据“暂存器”
uint8_t Serial_RxFlag; //供软件判断是否有新数据到来的标志位
void Serial_Init(void)
{
//开启GPIO和USART的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//把USART1_TX(PA9)配置为复用输出模式,把USART1_RX(PA10)配置为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//配置USART1
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流控
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //本例需要发送和接收功能
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无校验
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位为1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //无校验,一共8位数据
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//开启中断用于接收数据,配置NVIC
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //RXNE位置为1,也就是RDR中有新数据,会触发一次中断(不使用中断会消耗很多软件资源)
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //分组方式2(2位抢占优先级,2位响应优先级)
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //USART1到NVIC的通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //开启中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //响应优先级
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//开启USART1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
void Serial_SendByte(uint8_t Byte) //发送一个字节
{
USART_SendData(USART1, Byte); //写一字节数据进TDR寄存器
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
//标志位TXE为0时,TDR中的数据还没写进发送移位寄存器,需要等待
//TXE标志位不需要软件清除,写TDR寄存器时TXE自动置0
}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length) //发送一个数组
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //有多少个元素就循环几次
{
Serial_SendByte(Array[i]); //发送1个元素(1个元素正好1个字节)
}
}
void Serial_SendString(char *String) //发送一个字符串
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; String[i] != '\0'; i++) //直到遇到字符串结束标志,否则持续发送
{
Serial_SendByte(String[i]); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y) //计算X的Y次方(用于分离个十百千万位)
{
uint32_t Result = 1;
while(Y--)
{
Result *= X;
}
return Result;
}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length) //发送一个数字
{
uint8_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //数字有几位就发送几次,每次发送一位数,从高位开始
{
Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0'); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
int fputc(int ch, FILE *f) //重写fputc函数(它是printf函数的底层)
{
Serial_SendByte(ch); //将fputc重定向到串口,这样调用printf时就能在串口助手上输出字符串
return ch;
}
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
char String[100];
va_list arg;
va_start(arg, format);
vsprintf(String, format, arg);
va_end(arg);
Serial_SendString(String);
}
uint8_t Serial_GetRxFlag(void) //返回标志位
{
if(Serial_RxFlag == 1) //如果有接收到新数据,返回1并将标志位置0,等待下一个数据到来
{
Serial_RxFlag = 0; //防止同一个数据多次返回
return 1;
}
return 0;
}
uint8_t Serial_GetRxData(void) //返回接收到的数据
{
return Serial_RxData;
}
void USART1_IRQHandler(void) //USART1的中断函数
{
if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //程序检测到RXNE为1时,就可以将RDR中的数据读走
{
Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1); //将接收到的数据存入Serial_RxData
Serial_RxFlag = 1; //已经接收到数据,置标志位为1
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //其实读取RDR时硬件会自动置RXNE为0,软件可以不考虑这一点
}
}
(3)在main.c文件中粘贴以下代码,然后编译,将程序下载到开发板中,在串口助手向单片机发送数据,根据主函数的注释进行调试。
#include "stm32f10x.h" // Device headerCmd
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
uint8_t RxData ;
int main()
{
OLED_Init();
Serial_Init();
OLED_ShowString(1, 1, "RxData:");
while(1)
{
if(Serial_GetRxFlag() == 1) //判断是否有新数据到来
{
RxData = Serial_GetRxData(); //把接收的新数据拷贝到RxData中
Serial_SendByte(RxData); //把接收到的数据传给电脑
//(调试时注意选择HEX模式进行发送和接收)
OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);
}
}
}
14、数据模式:
(1)HEX模式/十六进制模式/二进制模式:以原始数据的形式显示。
(2)文本模式/字符模式:以原始数据译码后的形式显示。
15、串口收发HEX数据包:
(1)HEX数据包分两种:
①固定包长,含包头包尾:
②可变包长,含包头包尾:
(2)HEX数据包接收:(下图所示是固定包长)
(4)按照下图所示接好电路,并将上例的项目文件夹复制一份作为模板使用。
(5)修改Serial.h文件和Serial.c文件:
①Serial.h文件:
#ifndef __Serial_H
#define __Serial_H
#include <stdio.h>
extern uint8_t Serial_TxPacket[];
extern uint8_t Serial_RxPacket[];
void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);
uint8_t Serial_GetRxFlag(void);
void Serial_SendPacket(void);
#endif
②Serial.c文件:
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
uint8_t Serial_TxPacket[4]; //存放单片机发送给电脑的数据包
uint8_t Serial_RxPacket[4]; //存放单片机收到的数据包
uint8_t Serial_RxFlag;
void Serial_Init(void)
{
//开启GPIO和USART的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//把USART1_TX(PA9)配置为复用输出模式,把USART1_RX(PA10)配置为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//配置USART1
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流控
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //本例需要发送和接收功能
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无校验
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位为1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //无校验,一共8位数据
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//开启中断用于接收数据,配置NVIC
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //中断检测RXNE位(不使用中断会消耗很多软件资源)
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //分组方式2(2位抢占优先级,2位响应优先级)
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //USART1到NVIC的通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //开启中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //响应优先级
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//开启USART1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
void Serial_SendByte(uint8_t Byte) //发送一个字节
{
USART_SendData(USART1, Byte); //写一字节数据进TDR寄存器
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
//标志位TXE为0时,TDR中的数据还没写进发送移位寄存器,需要等待
//TXE标志位不需要软件清除,写TDR寄存器时TXE自动置0
}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length) //发送一个数组
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //有多少个元素就循环几次
{
Serial_SendByte(Array[i]); //发送1个元素(1个元素正好1个字节)
}
}
void Serial_SendString(char *String) //发送一个字符串
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; String[i] != '\0'; i++) //直到遇到字符串结束标志,否则持续发送
{
Serial_SendByte(String[i]); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y) //计算X的Y次方(用于分离个十百千万位)
{
uint32_t Result = 1;
while(Y--)
{
Result *= X;
}
return Result;
}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length) //发送一个数字
{
uint8_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //数字有几位就发送几次,每次发送一位数,从高位开始
{
Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0'); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
int fputc(int ch, FILE *f) //重写fputc函数(它是printf函数的底层)
{
Serial_SendByte(ch); //将fputc重定向到串口,这样调用printf时就能在串口助手上输出字符串
return ch;
}
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
char String[100];
va_list arg;
va_start(arg, format);
vsprintf(String, format, arg);
va_end(arg);
Serial_SendString(String);
}
void Serial_SendPacket(void)
{
Serial_SendByte(0xFF); //发送包头
Serial_SendArray(Serial_TxPacket, 4); //发送4个数据
Serial_SendByte(0xFE); //发送包尾
}
uint8_t Serial_GetRxFlag(void) //返回标志位
{
if(Serial_RxFlag == 1) //如果有接收到新数据包,返回1并将标志位置0,等待下一个数据包到来
{
Serial_RxFlag = 0; //防止同一个数据包多次返回
return 1;
}
return 0;
}
void USART1_IRQHandler(void) //USART1的中断函数
{
static uint8_t RxState = 0;
static uint8_t pRxPacket = 0;
if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //程序检测到RXNE为1时,就可以将RDR中的数据读走
{
uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1); //获取1字节数据
if(RxState == 0) //状态0——等待包头
{
if(RxData == 0xFF) //识别到包头,转入状态1
{
RxState = 1;
pRxPacket = 0;
}
}
else if(RxState == 1) //状态1——接收数据
{
Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData; //读取数据包的内容
pRxPacket++;
if(pRxPacket >= 4) //读取完毕,转入状态2(固定包长以数据个数作为判断)
{
RxState = 2;
}
}
else if(RxState == 2) //状态2——等待包尾
{
if(RxData == 0xFE) //识别到包尾,转入状态0
{
RxState = 0;
Serial_RxFlag = 1; //读取到新数据包,标志位置为1
}
}
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //其实读取RDR时硬件会自动置RXNE为0,软件可以不考虑这一点
}
}
(6)在main.c文件中粘贴以下代码,然后编译,将程序下载到开发板中,根据主函数的注释进行调试。(按键模块的代码不需要更改)
#include "stm32f10x.h" // Device headerCmd
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "Key.h"
uint8_t KeyNum;
int main()
{
OLED_Init();
Serial_Init();
Key_Init();
OLED_ShowString(1,1,"TxPacket:");
OLED_ShowString(3,1,"RxPacket:");
//单片机发送数据包的初值
Serial_TxPacket[0] = 0x01;
Serial_TxPacket[1] = 0x02;
Serial_TxPacket[2] = 0x03;
Serial_TxPacket[3] = 0x04;
while(1)
{
KeyNum = Key_GetNum();
if(KeyNum == 1) //按下按键1,改变数据包内容并发送到电脑端
{
Serial_TxPacket[0]++;
Serial_TxPacket[1]++;
Serial_TxPacket[2]++;
Serial_TxPacket[3]++;
Serial_SendPacket(); //将新数据包Serial_TxPacket连同包头包尾发送到电脑端(电脑端不解析数据包,连同包头包尾全部显示)
OLED_ShowHexNum(2, 1, Serial_TxPacket[0], 2);
OLED_ShowHexNum(2, 4, Serial_TxPacket[1], 2);
OLED_ShowHexNum(2, 7, Serial_TxPacket[2], 2);
OLED_ShowHexNum(2, 10, Serial_TxPacket[3], 2);
}
//在串口助手中往单片机发送“FF 11 22 33 44 FE”数据包,OLED屏显示去包头去包尾的数据包(可能存在的问题:如果数据包发送频率过快,主程序可能来不及处理,这会引发数据包丢失或者错位的现象,下例给出解决错位的其中一种方法)
if(Serial_GetRxFlag() == 1) //如果单片机收到新数据包
{
OLED_ShowHexNum(4, 1, Serial_RxPacket[0], 2);
OLED_ShowHexNum(4, 4, Serial_RxPacket[1], 2);
OLED_ShowHexNum(4, 7, Serial_RxPacket[2], 2);
OLED_ShowHexNum(4, 10, Serial_RxPacket[3], 2);
}
}
}
16、串口收发文本数据包:
(1)文本数据包分两种:
①固定包长,含包头包尾:
②可变包长,含包头包尾:
(2)文本数据包接收:(下图所示是可变包长)
(4)按照下图所示接好电路,并将上例的项目文件夹复制一份作为模板使用。
(5)修改Serial.h文件和Serial.c文件:
①Serial.h文件:
#ifndef __Serial_H
#define __Serial_H
#include <stdio.h>
extern char Serial_RxPacket[];
extern uint8_t Serial_RxFlag;
void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);
#endif
②Serial.c文件:
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
char Serial_RxPacket[100];
uint8_t Serial_RxFlag;
void Serial_Init(void)
{
//开启GPIO和USART的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//把USART1_TX(PA9)配置为复用输出模式,把USART1_RX(PA10)配置为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//配置USART1
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流控
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //本例需要发送和接收功能
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无校验
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位为1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //无校验,一共8位数据
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//开启中断用于接收数据,配置NVIC
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //中断检测RXNE位(不使用中断会消耗很多软件资源)
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //分组方式2(2位抢占优先级,2位响应优先级)
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //USART1到NVIC的通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //开启中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //响应优先级
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//开启USART1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
void Serial_SendByte(uint8_t Byte) //发送一个字节
{
USART_SendData(USART1, Byte); //写一字节数据进TDR寄存器
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
//标志位TXE为0时,TDR中的数据还没写进发送移位寄存器,需要等待
//TXE标志位不需要软件清除,写TDR寄存器时TXE自动置0
}
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length) //发送一个数组
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //有多少个元素就循环几次
{
Serial_SendByte(Array[i]); //发送1个元素(1个元素正好1个字节)
}
}
void Serial_SendString(char *String) //发送一个字符串
{
uint16_t i = 0;
for(i = 0; String[i] != '\0'; i++) //直到遇到字符串结束标志,否则持续发送
{
Serial_SendByte(String[i]); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y) //计算X的Y次方(用于分离个十百千万位)
{
uint32_t Result = 1;
while(Y--)
{
Result *= X;
}
return Result;
}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length) //发送一个数字
{
uint8_t i = 0;
for(i = 0; i < Length; i++) //数字有几位就发送几次,每次发送一位数,从高位开始
{
Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0'); //发送1个字符(1个字符正好1个字节)
}
}
int fputc(int ch, FILE *f) //重写fputc函数(它是printf函数的底层)
{
Serial_SendByte(ch); //将fputc重定向到串口,这样调用printf时就能在串口助手上输出字符串
return ch;
}
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
char String[100];
va_list arg;
va_start(arg, format);
vsprintf(String, format, arg);
va_end(arg);
Serial_SendString(String);
}
void USART1_IRQHandler(void) //USART1的中断函数
{
static uint8_t RxState = 0;
static uint8_t pRxPacket = 0;
if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //程序检测到RXNE为1时,就可以将RDR中的数据读走
{
uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1); //获取1字节数据
if(RxState == 0) //状态0——等待包头
{
if(RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0) //上一个数据包处理完毕且识别到包头,读走包头,转入状态1
{
RxState = 1;
pRxPacket = 0;
}
}
else if(RxState == 1) //状态1——接收数据
{
if(RxData == '\r') //识别到第一个包尾‘\r’,转入状态2
{
RxState = 2;
}
else
{
Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData; //读取数据包的内容
pRxPacket++;
}
}
else if(RxState == 2) //状态2——等待包尾
{
if(RxData == '\n') //识别到第二个包尾,转入状态0
{
Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0'; //字符串结束标志
RxState = 0;
Serial_RxFlag = 1; //读取到新数据包,标志位置为1
}
}
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //其实读取RDR时硬件会自动置RXNE为0,软件可以不考虑这一点
}
}
(6)在main.c文件中粘贴以下代码,然后编译,将程序下载到开发板中,根据主函数的注释进行调试。(LED模块的代码不需要更改)
#include "stm32f10x.h" // Device headerCmd
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include <string.h>
#include "LED.h"
int main()
{
OLED_Init();
Serial_Init();
LED_Init();
OLED_ShowString(1,1,"TxPacket:");
OLED_ShowString(3,1,"RxPacket:");
while(1)
{
//在串口助手中往单片机发送命令(注意带上包头包尾),OLED屏显示去包头去包尾的文本数据包
if(Serial_RxFlag == 1) //如果单片机收到新数据包
{
OLED_ShowString(4,1," "); //擦除第四行原本的显示(旧文本比新文本长,显示会有瑕疵)
OLED_ShowString(4,1,Serial_RxPacket); //显示新文本
if(strcmp(Serial_RxPacket, "LED_ON") == 0) //发送命令"LED_ON"(要带包头包尾),LED灯打开
{
LED1_ON();
Serial_SendString("LED_ON_OK\r\n"); //单片机向电脑发送结果
OLED_ShowString(2,1," "); //擦除第二行原本的显示(旧文本比新文本长,显示会有瑕疵)
OLED_ShowString(2,1,"LED_ON_OK"); //显示新文本
}
else if(strcmp(Serial_RxPacket, "LED_OFF") == 0) //发送命令"LED_OFF"(要带包头包尾),LED灯关闭
{
LED1_OFF();
Serial_SendString("LED_ON_OFF\r\n"); //单片机向电脑发送结果
OLED_ShowString(2,1," "); //擦除第二行原本的显示(旧文本比新文本长,显示会有瑕疵)
OLED_ShowString(2,1,"LED_ON_OFF"); //显示新文本
}
else //发送错误命令
{
Serial_SendString("ERROR_COMMAND\r\n"); //单片机向电脑发送结果
OLED_ShowString(2,1," "); //擦除第二行原本的显示(旧文本比新文本长,显示会有瑕疵)
OLED_ShowString(2,1,"ERROR_COMMAND"); //显示新文本
}
Serial_RxFlag = 0; //新数据包处理完毕,允许接收下一个数据包
//不过处理数据包需要耗费时间,如果数据包发送频率很高,还是会存在丢包现象
}
}
}