UART学习之路（三）基于STM32F103的USART实验

  关于STM32串口的资料可以在RM0008 Reference Manual中找到，有中文版的资料。STM32F103支持5个串口，选取USART1用来实验，其对应的IO口为PA9和PA10。这次的实验基于ALIENTEK的开发板，开发版通过CH340G实现将串口转成USB。因此需要做好一些准备工作。

1.PC端安装Keil v5 MDK开发工具；

2.PC端安装CH340G的驱动；

3.PC端安装ATK XCOM串口收发程序

 

  STM32的串口编程思路：

1.串口时钟设置和复位；

2.选取发射口和接收口的引脚，并设置GPIO端口参数；

3.串口参数的初始化（完成波特率、字长、奇偶校验、收发模式等参数的设置）;

4.初始化NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller,内嵌向量中断控制器）；

5.开启中断和使能串口

 

代码如下：

//main.c:  2 #include "uart.h"


int main()  6 {  7  uart1_init();  8     while(1)  9  { 10  } 11 }

//USART.c  2 #include "uart.h"


#define USART1_REC_LEN 256

u8 Uart1_RevBuf_Tail = 0;//接收缓冲区尾部  8 u8 Uart1_RevBuf[USART1_REC_LEN];//接收缓冲区数组  9 
void uart1_init() 11 { 12   //GPIO端口设置
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 14  USART_InitTypeDef USART_InitStructure; 15  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 16 
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); 18  USART_DeInit(USART1); 19  

  //USART1端口配置 22   //UASART_TX PA9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 25   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    //复用推挽输出
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化PA9 27   //USART1_RX PA10
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; 29   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  //初始化PA10 31 
  //USART1 初始化设置
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率设置
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;    //收发模式 
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1 40 
    //Usart1 NVIC 配置
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//串口1中断通道
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;//抢占优先级3
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;        //子优先级3
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;            //IRQ通道使能
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    //根据指定的参数初始化VIC寄存器
    
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 49   USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启相关中断
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //使能串口1

} 53 
//串口1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void) 56 { 57     if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
 { 59         
        Uart1_RevBuf[Uart1_RevBuf_Tail] = USART_ReceiveData(USART1);//读取接收到的数据，将尾标后移
        USART_SendData(USART1,Uart1_RevBuf[Uart1_RevBuf_Tail]);//发送接收到的数据
        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET) 63  {} 64         Uart1_RevBuf_Tail++; 65         if(Uart1_RevBuf_Tail>USART1_REC_LEN-1) 66  { 67             Uart1_RevBuf_Tail = 0; 68  } 69  } 70 }

  主函数非常简单，就是调用uart_init()然后等待串口1的接收中断触发。串口1的中断服务函数功能是：当PC端发送据后，将接收到的数据重新发回给PC机。uart_init()的功能是完成串口的配置。在接收数据的时候设置了一个容量位256的数据缓冲区Uart1_RevBuf，用来存放接收到的数据。

程序的运行结果如下。分别发送AA,BB,CC后PC端接收到了AA 0D 0A BB 0D 0A CC 0D 0A，0D和0A分别表示回车和换行。说明结果正确。

 

在实际应用中，上位机可以通过多个串口和多个从设备进行通信，因此在串口通信的时候要自行规定一个通信协议。比如由1.头，2.设备号，3.数据长度，4.数据，5.结束位，6.间隔位组成一个数据包。根据协议编写解包函数。解包函数的大致思路就是将接收到的数据一步一步的进行判断，最终完成解出数据的功能。

1.数据包定义：

头：0xAB，设备号：0x01（一号设备），数据长度：0x08（8位数据），数据位：DATA，结束位：0xFF，间隔位：0xFF 0xFF

2.解包函数：

PC机发送一个数据包：AB 01 08 00 01 02 03 04 05 06 07 FF FF FF，解包函数能够将数据00 01 02 03 04 05 06 07取出来并再次发送给PC机。PC机将数据发送给STM32F103，触发接收中断，将数据存入接收缓冲区中，解包函数从缓冲区的头部开始检索，完成数据分析，取出数据。代码如下：

#include "stm32f10x.h" #include <stdio.h>

#define Usart1RecLength 256 u8 Uart1_RevBuf_Tail = 0; u8 Uart1_RevBuf_Head = 0; u8 Uart1_RevBuf[Usart1RecLength]; u8 RecState = 0; u8 TemplateData; u8 DataLength = 8; u8 Data[8]={0}; typedef struct { u8 StartDataError; u8 DeviceDataError; u8 LengthDataError; u8 StopDataError; u8 DataReady; }DataFrameFlag; DataFrameFlag USART1_FrameFlags; void USART1_IRQHandler(void) { if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
 { Uart1_RevBuf[Uart1_RevBuf_Tail] = USART_ReceiveData(USART1);    //读取接收到的数据
        Uart1_RevBuf_Tail++; if(Uart1_RevBuf_Tail > Usart1RecLength-1) { Uart1_RevBuf_Tail = 0; } } } void RecDataAnalysis() { u8 i = 0; if(Uart1_RevBuf_Head != Uart1_RevBuf_Tail)//判断是否有数据
 { TemplateData = Uart1_RevBuf[Uart1_RevBuf_Head];//从数据缓冲区取数据
      Uart1_RevBuf_Head ++; if(Uart1_RevBuf_Head > Usart1RecLength-1) { Uart1_RevBuf_Head = 0; } USART1_FrameFlags.DeviceDataError = 0; USART1_FrameFlags.StopDataError = 0; USART1_FrameFlags.LengthDataError = 0; USART1_FrameFlags.StartDataError = 0; switch(RecState) { case 0: if(TemplateData == 0xAB)//头
 { RecState = 1; } else { RecState = 0; USART1_FrameFlags.StartDataError = 1; } break; case 1: if(TemplateData == 0x01)//设备号
 { RecState = 2; } else { RecState = 0; USART1_FrameFlags.DeviceDataError = 1; } break; case 2: if(TemplateData == 0x08)//数据位
 { RecState = 3; } else { RecState = 0; USART1_FrameFlags.LengthDataError = 1; } break; case 3://转存数据
            if(DataLength == 0) { RecState = 4; USART1_FrameFlags.DataReady = 1; } else if(DataLength != 0) { Data[8-DataLength] = TemplateData; DataLength = DataLength -1; } break; case 4: if(TemplateData == 0xFF)//尾部
 { RecState = 0; DataLength = 8; } else { for(i=0;i < 8;i++) { Data[i] = 0; } RecState = 0; DataLength = 8; USART1_FrameFlags.StopDataError = 1; USART1_FrameFlags.DataReady = 0; } break; default: for(i=0;i < 8;i++) { Data[i] = 0; } RecState = 0; DataLength = 8; break; } } } void Resend()//测试用重发数据函数
{ u8 i = 0; if(USART1_FrameFlags.DataReady == 1) { for(i=0;i<8;i++) { USART_SendData(USART1,Data[i]); while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); USART1_FrameFlags.DataReady = 0; } } }

 

函数RecDataAnalysis()完成数据解包，函数Resend()在解包函数准备好数据将数据回发给PC机。结构体DataFrameFlag的作用是当数据出现错误时完成报错，是可选功能，程序中给了一种思路，未做调试。结果如下：