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：

 1 //main.c:
 2 #include "uart.h"
 3 
 4 
 5 int main()
 6 {
 7     uart1_init();
 8     while(1)
 9     {
10     }
11 }

 1 //usart.c
 2 #include "uart.h"
 3 
 4 
 5 #define usart1_rec_len 256
 6 
 7 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 
10 void uart1_init()
11 {
12   //gpio端口设置
13   gpio_inittypedef gpio_initstructure;
14   usart_inittypedef usart_initstructure;
15   nvic_inittypedef nvic_initstructure;
16 
17   rcc_apb2periphclockcmd(rcc_apb2periph_usart1|rcc_apb2periph_gpioa, enable);
18   usart_deinit(usart1);
19  
20 
21   //usart1端口配置
22   //uasart_tx   pa9
23   gpio_initstructure.gpio_pin = gpio_pin_9; //pa.9
24   gpio_initstructure.gpio_speed = gpio_speed_50mhz;
25   gpio_initstructure.gpio_mode = gpio_mode_af_pp;    //复用推挽输出
26   gpio_init(gpioa, &gpio_initstructure); //初始化pa9
27   //usart1_rx      pa10
28   gpio_initstructure.gpio_pin = gpio_pin_10;
29   gpio_initstructure.gpio_mode = gpio_mode_in_floating;//浮空输入
30   gpio_init(gpioa, &gpio_initstructure);  //初始化pa10
31 
32   //usart1 初始化设置
33   usart_initstructure.usart_baudrate = 9600;//波特率设置
34   usart_initstructure.usart_wordlength = usart_wordlength_8b;//字长为8位数据格式
35   usart_initstructure.usart_stopbits = usart_stopbits_1;//一个停止位
36   usart_initstructure.usart_parity = usart_parity_no;//无奇偶校验位
37   usart_initstructure.usart_hardwareflowcontrol = usart_hardwareflowcontrol_none;//无硬件数据流控制
38   usart_initstructure.usart_mode = usart_mode_rx | usart_mode_tx;    //收发模式     
39   usart_init(usart1, &usart_initstructure); //初始化串口1
40 
41     //usart1 nvic 配置
42   nvic_initstructure.nvic_irqchannel = usart1_irqn;//串口1中断通道
43   nvic_initstructure.nvic_irqchannelpreemptionpriority=3;//抢占优先级3
44   nvic_initstructure.nvic_irqchannelsubpriority =3;        //子优先级3
45   nvic_initstructure.nvic_irqchannelcmd = enable;            //irq通道使能
46   nvic_init(&nvic_initstructure);    //根据指定的参数初始化vic寄存器
47     
48   usart_init(usart1, &usart_initstructure);
49   usart_itconfig(usart1, usart_it_rxne, enable);//开启相关中断
50   usart_cmd(usart1, enable);  //使能串口1
51 
52 }
53 
54 //串口1中断服务程序
55 void usart1_irqhandler(void)                    
56 {
57     if(usart_getitstatus(usart1, usart_it_rxne) != reset)  //接收中断
58     {    
59         
60         uart1_revbuf[uart1_revbuf_tail] = usart_receivedata(usart1);//读取接收到的数据，将尾标后移
61         usart_senddata(usart1,uart1_revbuf[uart1_revbuf_tail]);//发送接收到的数据
62         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：