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电子产品世界 » 论坛首页 » 嵌入式开发 » STM32 » 【原创】串口协议--fromSummerDreamer

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【原创】串口协议--fromSummerDreamer

MarsZ
工程师
2023-07-18 11:02:36     打赏

串口协议是一种常用的数据传输协议，较于其他协议更为简单和通用，下面就讲一讲串口协议。

Stm32常见通信协议：

WPS图片(1).png 

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。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，极大的扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。

使用起来比较简单：1.串口通信有两根通信线（发送端Tx和接收端Rx）2.Tx和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：

TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0

RS232电平：-3~-15V表示1，+3~+15V表示0

RS485电平：两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号）

 

串口参数及时序：

• 波特率：串口通信的速率

• 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平

• 数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行

• 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来

• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

WPS图片(2).png 

通过以上时序就可以简单的发送一个字节，而在Stm32单片机上就需要对相应的寄存器进行配置，如下图所示：

WPS图片(3).png 

配置步骤： 1. 将USART_CR1寄存器的UE置1来激活USART。 2. 编程USART_CR1的M位定义字长 3. 在USART_CR2中编写停止位的个数 4. 如果需多缓冲器通信，选择USART_CR3中的DMA使能位(DMAR)。按多缓冲器通信所 要求的配置DMA寄存器。 5. 利用波特率寄存器USART_BRR选择希望的波特率。 6. 设置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它开始寻找起始位。

WPS图片(1)4.png 

最左边的是波特率发⽣器，⽤于产⽣约定的通信速率，时钟来源是PCLK2或1，经过波特率 发⽣器分频后，产⽣的时钟通向发送控制器和接收控制器，发送控制器和接收控制器⽤来控 制发送移位和接收移位，之后由发送数据寄存器和发送移位寄存器这两个寄存器的配合，将 数据⼀位⼀位的移出去，通过GPIO⼜的复⽤输出，输出到TX引脚，产⽣串⼜协议规定的波 形，这个移位寄存器是向右移的，是低位先⾏，当数据由数据寄存器转移到移位寄存器时， 会置⼀个TXE的标志位，通过判断这个标志位，就可以知道是不是可以写⼊下⼀个数据了， 接收部分也是类似的，RX引脚的波形，通过GPIO输⼊，在接收控制器的控制下，⼀位⼀位 地移⼊接收移位寄存器，移完⼀帧数据后，数据就会统⼀转运到接收数据寄存器，在转移的 同时，置⼀个RXNE标志位，检查这个标志位，就可以知道是不是收到数据了，同时这个标 志位也可以去申请中断，这样就可以在收到数据时，直接进⼊中断函数，快速的读取和保存 数据，虽然有四个寄存器但是在软件层⾯上，只有⼀个DR寄存器可以供我们读写，写⼊DR 时，数据⾛上⾯这条路，进⾏发送，读取DR时，数据⾛下⾯这条路，进⾏接收，这就是 USART进⾏串⼜数据收发的过程，右下⾓是个开关控制。

代码如下：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

#include <stdio.h>

#include <stdarg.h>

uint8_t Serial_RxData;

uint8_t Serial_RxFlag;

void Serial_Init(void)

{

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);


GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

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;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);


USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//串口功能

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);


USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);


NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);


NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


USART_Cmd(USART1,ENABLE);

}

 

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)//发送字节

{

USART_SendData(USART1,Byte);

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);//判断串口发送标志位

}

 

void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length)//发送数组

{

uint16_t i;

for(i=0;i<Length;i++)

{

Serial_SendByte(Array[i]);

}

}

 

void Serial_SendString(char *String)//发送字符串

{

uint8_t i;

for(i=0;String[i] !='\0';i++)

{

Serial_SendByte(String[i]);

}

}

 

uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)//实现X^y的功能

{

uint32_t Result = 1;

while(Y--)

{

Result *= X;

}

return Result;

}

 

void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)//发送数字

{

uint8_t i;

for(i= 0;i<Length;i++)

{

Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length - i -1)%10+'0');

}

}

 

int fputc(int ch,FILE *f)

{

Serial_SendByte(ch);

return ch;

}

 

void Serial_Printf(char *format,...)//实现printf输出

{

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)//检查串口接收标志位

{

if(Serial_RxFlag == 1)

{

Serial_RxFlag= 0;

return 1;

}

return 0;

}

 

uint8_t Serial_GetRxData(void)//获取串口接收到的数据

{

return Serial_RxData;

}

 

void USART1_IRQHandler(void)//中断服务程序

{

if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET)

{

Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);

Serial_RxFlag = 1;

USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);//清除USARTx的中断挂起位

}

}

 

串口的使用通常是发送一个数据包，可以是HEX,也可以是文本形式的。更多的是文本形式。

WPS图片(1)5.png 

WPS图片(1)6.png 

而数据包的使用离不开状态机的思维：

WPS图片(1)7.png 

对当前的完成状态进行分批次划分，当完成一部分任务时，标志位就变化一次，进入下一个状态去完成下一次任务。

代码如下：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

#include <stdio.h>

#include <stdarg.h>

 

char Serial_RxPacket[100];              //"@MSG\r\n"定义一个数组用来接受数据

uint8_t Serial_RxFlag;                  //定义一个串口接收标志位

 

void Serial_Init(void)

{

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);


GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

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;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);


USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//串口功能

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);


USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);


NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);


NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


USART_Cmd(USART1,ENABLE);

}

 

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)//发送字节

{

USART_SendData(USART1,Byte);

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);

}

 

void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length)//发送数组

{

uint16_t i;

for(i=0;i<Length;i++)

{

Serial_SendByte(Array[i]);

}

}

 

void Serial_SendString(char *String)//发送字符串

{

uint8_t i;

for(i=0;String[i] !='\0';i++)

{

Serial_SendByte(String[i]);

}

}

 

uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)//实现X^y的功能，便于下面发送数字

{

uint32_t Result = 1;

while(Y--)

{

Result *= X;

}

return Result;

}

 

void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)//发送数字

{

uint8_t i;

for(i= 0;i<Length;i++)

{

Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length - i -1)%10+'0');

}

}

 

int fputc(int ch,FILE *f)//重定向printf

{

Serial_SendByte(ch);

return ch;

}

 

void Serial_Printf(char *format,...)//重定向printf多串⼝使⽤

{

char String[100];

va_list arg;

va_start(arg,format);

vsprintf(String,format,arg);

va_end(arg);

Serial_SendString(String);

}

 

 

void USART1_IRQHandler(void)//状态机中断函数

{

static uint8_t RxState = 0;        //状态机标志

static uint8_t pRxPacket = 0;      //定义一变量用来看发送数据多少

if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET)

    //读取RXNE标志位状态，被置位。它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。

    //换句话说，数据已经被接收并且可以被读出。

 

{

uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);


if(RxState == 0)//如果状态机标志位为0（开始判断是否接收数据）

{

if(RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0)//如果接收数据为@与串口接收标志位为0

{

RxState = 1;//状态机标志位置1

pRxPacket = 0;//没有接受数据

}

}

else if(RxState == 1)//如果状态机标志位为1（结束标志位判断一' '的‘/r’）

{

if(RxData == '\r')//如果接收到一个转义字符(\r表示回车)

{

RxState = 2;//状态机标志位置2

}

else

{

Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;//接收到的数据存到数组中

pRxPacket ++;//数组空间随存入一个数据加一

}

}

else if(RxState == 2)//如果状态机标志位为2（结束标志位判断二' '的‘/n’）

{

if(RxData == '\n')//如果接收到一个转义字符(\n表示换行）

{

RxState = 0;//状态机标志位置0,便于下次传数据

Serial_RxPacket[pRxPacket]='\0';  //数组结束标志位

Serial_RxFlag = 1;//串口接收标志位置一，便于下次发数据

}

}


USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);//清除中断挂起位（串口1RXNE置为0）

}

}

main函数调用如下：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

#include "Delay.h"

#include "OLED.h"

#include "Serial.h"

#include "LED.h"

#include "string.h"       //获取字符，以及字符串处理函数

 

int main(void)

{

LED_Init();

OLED_Init();

Serial_Init();


OLED_ShowString(1,1,"TxPacket");

OLED_ShowString(3,1,"RxPacket");


while(1)

{

if(Serial_RxFlag == 1)

{

OLED_ShowString(4,1,"                ");

OLED_ShowString(4,1,Serial_RxPacket);


if(strcmp(Serial_RxPacket,"LED_ON") == 0)

{

LED1_ON();

Serial_SendString("LED_ON_OK\r\n");

OLED_ShowString(2,1,"                ");

OLED_ShowString(2,1,"LED_ON_OK");

}

else if(strcmp(Serial_RxPacket,"LED_OFF") == 0)

{

//strcmp：字符串是否相等函数

LED1_OFF();

Serial_SendString("LED_OFF_OK\r\n");

OLED_ShowString(2,1,"                ");

OLED_ShowString(2,1,"LED_OFF_OK");

}

else

{

Serial_SendString("ERROR_COMMAND\r\n");

OLED_ShowString(2,1,"                ");

OLED_ShowString(2,1,"ERROR_COMMAND");

}


Serial_RxFlag = 0;

}

}

}


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关键词： MarsZ的嵌入式    

xqh518
院士
2023-12-03 11:23:30     打赏
2楼

学习并收藏了，谢谢分享。


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