STM32F407模擬串口實現

本文轉載自查看原文 2017-07-19 13:43 1149 STM32F407模擬串口/ 工作

一、背景

最近做一個項目，需要用STM32F407來做7路串口通信，由於芯片最多只有6路，所以只能用IO口來模擬串口通信。在網上查找了很多模擬串口的資料，決定串口發送采用延時的方式，串口接收采用外部中斷+定時器中斷來實現。外部中斷檢測第一次檢測下降沿表明接收到了起始位，通過定時器中斷定時檢測接收IO口上的電平，從而判斷接收的是0還是1.

二、正文

1）、串口發送：

由於串口發送的函數比較簡單，所以先從發送開始做起，首先咱們來熟悉一下串口協議，1位起始位+8位數據位+1位奇偶校驗位+1位停止位（其中停止位可能為0.5位,1位,1.5位或2位，可以選擇）。串口異步傳輸在空閑狀態時都必須是高電平。

由於現在是模擬串口，暫時不考慮復雜的奇偶校驗位，所以采用的格式為：1位起始位+8位數據位+1位奇偶校驗位+1位停止位。項目需要采用的波特率為115200，所以每發送1bit數據需要的時間：1/115200=8.68us.

模擬串口發送發送函數：

 1 #define COM1_TX_PORT   GPIOA
 2 
 3 #define COM1_TX_PIN    GPIO_Pin_9
 4 
 5 void Virtual_Uart_Bytesend(u8 val)
 6 
 7 {
 8 
 9 u8 i=0;
10 
11 COM1_TX_DATA_LOW();  // 起始位，低電平，IO口初始化時應該置為高電平
12 
13 delay_us(baudRate);
14 
15     for(i = 0;i<8;i++)          // 8位數據位
16 
17 {
18 
19     if (val & 0x01)
20 
21 {
22 
23     COM1_TX_DATA_HIGH();
24 
25 }
26 
27 else
28 
29 {
30 
31     COM1_TX_DATA_LOW();
32 
33 }
34 
35 delay_us(baudRate);
36 
37 val >>= 1;
38 
39 }
40 
41 COM1_TX_DATA_HIGH();    // 停止位 高電平
42 
43 delay_us(baudRate);
44 
45 }

以上代碼完全是根據協議的格式來寫的，思路很簡單，里面最重要的一個參數是這個baundRate;這個參數根據不同的波特率而不同，並且實際值和理論值算出來的時間可能有些差別，調試發現STM32F4的誤差比較小，基本上理論值和實際值一樣就可以正常通信。波特率為115200，延時理論上為8.68us。但是問題就來了，STM32F407例程delay.c里給的延時函數最小單位為us,設置baundRate=8或者9通信偶爾能夠正常接收，但是很多時候是亂碼，如下圖：

如何解決這一問題呢，首先想到是設計一個延時0.1us或者更小的延時函數來實現，需要了解SRM32F4的時鍾部分，這部分暫時沒有去研究

第二種方法：采用nop來延時+滴答定時器定時8s

也就是用定時器定時8s,然后在加上nop指令延時，然后實際調試用一個for循環增加4個nop指令左右就能正常接收。具體延時函數實現如下：

 1 // 模擬串口延時函數 波特率為115200 所以延時8.68us
 2 
 3 void Vuart_delay_us(void)
 4 
 5 {
 6 
 7 u16 i = 0;
 8 
 9 u32 temp;       
10 
11 SysTick->LOAD=8*fac_us; //時間加載     
12 
13 SysTick->VAL=0x00;         //清空計數器
14 
15 SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //開始倒數   
16 
17 do
18 
19 {
20 
21 temp=SysTick->CTRL;
22 
23 }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待時間到達   
24 
25 SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //關閉計數器
26 
27 SysTick->VAL =0X00;        //清空計數器 
28 
29 for (i = 0;i<4;i++)
30 
31 {
32 
33 __NOP;
34 
35 }
36 
37 }

實驗現象如下圖所示：

主函數中調用串口發送函數。

 1 // 發送一個字符串
 2 
 3 void Virtual_Uart1_StringSend(u8 *str)
 4 
 5 {
 6 
 7 while(*str != 0)
 8 
 9 {
10 
11 Virtual_Uart1_Bytesend(*str);
12 
13 str++;
14 
15 }
16 
17 }

2）、串口接收

串口接收比較復雜，暫未研究。

以上的串口接收對實現1模擬串口還可以，但是項目需要用的2個或者更多的模擬串口就不適合了，需要更改一下思路，開辟一個新的定時器，定時器的優先級需要開到最高，定時1/（波特率*3倍）s，這里波特率設置為115200，所以定時時間為2.89us,波特率越高對定時器的要求就越高，幸好STM32F407非常強大，這么高的串口波特率需要定時至少2us左右才能實現模擬串口的正常通信。基本思路分為接收和發送。

接收時：定時器定時去掃描IO口的狀態，當3次里面檢測到有至少2次低電平時，則判斷該電平為低電平。首先是設計定時器定時0.289us,參考原子的官方定時器中斷例程，定時函數如下：

TIM3_Int_Init(5000-1,8400-1); // 定時器時鍾84M，分頻系數8400，所以84M/8400=10Khz的計數頻率，計數5000次為500ms

更改為

TIM3_Int_Init(242,1-1); //定時器時鍾84M，分頻系數1，所以84M/1=84Mhz的計數頻率，計數242次為2.89us

不分頻時，如果計數1次則定時的時間為1/84MHz=0.0119us，所以將計數值更改為242，則定時時間=1/84MHz * 242 = 2.88us

定時器初始化函數在主函數初始化時候調用，值得注意的是定時器的優先級應該設置為最高，即修改定時初始化函數如下：

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; // 搶占優先級0 優先級設置為最高

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x00; // 子優先級0 優先級設置為最高

設計好定時器之后，接下來是設計一個8位數據接收函數，主要思路是通過一個狀態機、定時計數變量（計數三次表示8.6us）、高電平計數變量和低電平計數變量（分別用於三次采樣里面有幾次是能踩到高電平或者低電平）。

變量定義如下：

static u32 recvStat = COM_STOP_BIT; // 定義狀態機

static u8 recvData = 0; // 定義一個接收數據變量

static u32 timer_cnt = 0; // 定時總次數

static u32 high_cnt = 0; // 高電平檢測次數

static u32 low_cnt = 0; // 低電平檢測次數

狀態機定義在頭文件中：

enum{

COM_START_BIT, //起始位

COM_D0_BIT, //bit0

COM_D1_BIT, //bit1

COM_D2_BIT, //bit2

COM_D3_BIT, //bit3

COM_D4_BIT, //bit4

COM_D5_BIT, //bit5

COM_D6_BIT, //bit6

COM_D7_BIT, //bit7

COM_STOP_BIT, //bit8

};

//定義接收引腳

#define COM1_RX_DATA GPIO_ReadInputDataBit(COM1_RX_PORT,COM1_RX_PIN) // 接收引腳

具體函數實現如下：

  1 // 接收一個8位數據
  2 
  3 void Virtual_Uart1_Byterecived(void)
  4 
  5 {
  6 
  7 timer_cnt++;
  8 
  9 if((COM1_RX_DATA == 0)&&(recvStat == COM_STOP_BIT))  // 起始信號
 10 
 11 { low_cnt++;
 12 
 13     if (timer_cnt >= 3)
 14 
 15 {
 16 
 17 timer_cnt=0;
 18 
 19 if (low_cnt>1)
 20 
 21 {   
 22 
 23 recvStat = COM_START_BIT;
 24 
 25 }
 26 
 27 low_cnt=0;
 28 
 29 }
 30 
 31  return;
 32 
 33 }
 34 
 35 if(timer_cnt >= 3)
 36 
 37 {  if(recvStat < COM_STOP_BIT)
 38 
 39         recvStat++;
 40 
 41 }
 42 
 43 if((recvStat == COM_STOP_BIT)&&(COM1_RX_DATA == 1))  // 空閑時，計數值清0
 44 
 45 {
 46 
 47     timer_cnt = 0;
 48 
 49 high_cnt=0;
 50 
 51 low_cnt=0;
 52 
 53 return;
 54 
 55 }
 56 
 57 if(COM1_RX_DATA == 0)
 58 
 59 {
 60 
 61     low_cnt++;
 62 
 63 high_cnt=0;
 64 
 65 if (timer_cnt >= 3)
 66 
 67 {
 68 
 69 timer_cnt=0;
 70 
 71 if (low_cnt>1)  // 3次采樣里面是否有兩次有效
 72 
 73 {
 74 
 75 recvData &= ~(1 <<(recvStat - 1));
 76 
 77 }
 78 
 79 low_cnt=0;
 80 
 81 }
 82 
 83 }
 84 
 85 else
 86 
 87 {
 88 
 89     high_cnt++;
 90 
 91 low_cnt=0;
 92 
 93 if (timer_cnt >= 3)
 94 
 95 {
 96 
 97 timer_cnt=0;
 98 
 99 if (high_cnt>1)  // 3次采樣里面是否有兩次有效
100 
101 {
102 
103 recvData |= (1 <<(recvStat - 1));
104 
105 }
106 
107 high_cnt=0;
108 
109 }
110 
111 }
112 
113 }

實驗現象如下：

發送：發送思路比接收更簡單，只要按照串口的協議來發送即可。首先是發送起始位，3個定時器周期后發送八位數據位，最后發送停止位。源代碼如下：

  1 // 串口發送函數
  2 
  3 void Virtual_Uart1_Bytesend(void)
  4 
  5 {
  6 
  7 if (txdEnable == 0)
  8 
  9 {
 10 
 11     Tx_timer_cnt = 0;
 12 
 13 return;
 14 
 15 }
 16 
 17 Tx_timer_cnt++;
 18 
 19 if ((txdStat == COM_STOP_BIT)&&(txdEnable == 1))
 20 
 21 {
 22 
 23 COM1_TX_DATA_LOW();
 24 
 25     if (Tx_timer_cnt >= 3)
 26 
 27 {
 28 
 29 Tx_timer_cnt=0;
 30 
 31 txdStat = COM_START_BIT;
 32 
 33 txdData = Tx_Buf[Txd_Bytes];
 34 
 35 }
 36 
 37 }
 38 
 39 else if(txdStat == COM_D7_BIT)
 40 
 41 {
 42 
 43 COM1_TX_DATA_HIGH();
 44 
 45     if (Tx_timer_cnt >= 3)
 46 
 47 {
 48 
 49 Tx_timer_cnt=0;
 50 
 51 txdStat = COM_STOP_BIT;
 52 
 53 Txd_Bytes++;
 54 
 55 if(Txd_Bytes>3)  // 測試發送三個字節
 56 
 57 {
 58 
 59 Txd_Bytes = 0;
 60 
 61     txdEnable = 0;
 62 
 63 }
 64 
 65 }
 66 
 67 }
 68 
 69 else
 70 
 71 {     
 72 
 73 if (txdData & 0x01)
 74 
 75 {
 76 
 77     COM1_TX_DATA_HIGH();
 78 
 79 }
 80 
 81 else
 82 
 83 {
 84 
 85     COM1_TX_DATA_LOW();
 86 
 87 }
 88 
 89 if (Tx_timer_cnt >= 3)
 90 
 91 {
 92 
 93 Tx_timer_cnt=0;
 94 
 95 txdData >>= 1;
 96 
 97 txdStat++;
 98 
 99 }
100 
101 }
102 
103 }

實驗現象，串口每隔1s發送四個字節的數據1234，如下圖所示

以上基本實現了模擬串口數據的發送和接收，可能有很多地方可以優化，后續會更新。

記錄時間：2017年7月19日13:49:12

記錄地點：XH

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