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STM32CubeMX系列教程5:串行通信(USART)

watrt3年前 (2017-12-16)Cortex-M3390
本章以串口为例讲解,HAL 库轮询,中断,DMA 三种编程模型。
1.前情回顾
       在串行通信中,一个字符一个字符地传输,每个字符一位一位地传输,并且传输一个字符时,总是以“起始位”开始,以“停止位”结束。在进行传输之前,双方一定要使用同一个波特率设置。波特率就是每秒钟传输的数据位数。
       常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。我们通常使用的是异步通信.异步通信规定传输的数据格式由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity bit)和停止位(stop bit)组成。




2.重定义printf函数。
        打开STM32CubeMX新建工程,选择STMF746IGT6芯片,选择外部高速晶振(HSE)。USART1选择为异步通信方式。PA10设置RX接收,PA9设置为TX发送。

配置时钟系统时钟为216MHz,STMF746可以单独配置USART时钟,默认为108Mhz。



串口配置设置波特率为115200 Bits/s。传输数据长度为8 Bit。奇偶检验无,停止位1.其他参数默认。



        生成报告以及代码,编译程序。在usart.c文件中可看到串口1的初始化函数MX_USART1_UART_Init(void),以及管脚配置函数HAL_UART_MspInit()

        C语言中的标准库中所用的标准输出函数,默认的输出设备是显示器,要实现串口或LCD的输出,必须重新定义标准库函数里与输出函数相关的函数。例如:printf输出到串口,需要将fputc里面的输出指向串口(重定向),方法如下:只要自己添加一个int fputc(int ch, FILE *f)函数,能够输出字符就可以了。

        在usart.c文件后面添加如下代码,代码中添加了#ifdef宏定义进行条件编译,如果使用GUNC编译,则PUTCHAR_PROTOTYPE 定义为int __io_putchar(int ch)函数,否则定义为int fputc(int ch, FILE *f)函数。

/* USER CODE BEGIN 1 */
#ifdef __GNUC__
  /* With GCC/RAISONANCE, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf
     set to 'Yes') calls __io_putchar() */
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif /* __GNUC__ */
/**
  * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
  /* Place your implementation of fputc here */
  /* e.g. write a character to the EVAL_COM1 and Loop until the end of transmission */
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
 
  return ch;
}
/* USER CODE END 1 */


其中HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);这个语句表示通过串口1发个一个字符。ch为字符的存储地址,0xFFFF为超时时间。在stm32f7xx_hal_uart.c文件中可以找到HAL_UART_Transmit函数。




在main.c文件中添加应用函数。

/* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("\n\r UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART\n\r");
/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */
      printf("\n\r welcome to www.waveshere.com !!!\n\r");
      HAL_Delay(1000);
}
/* USER CODE END 3 */


编译程序并下载到开发板。用USB线连接开发板到电脑,在电脑上打开串口调试助手。选择对应的串口号,设置波特率为115200。按下复位按键会接收到如图信息。





打开stm32f7xx_hal_uart.h头文件,在文件后最后面可以看到有如下操作串口的函数。




串口的发送接收函数:
HAL_UART_Transmit();串口轮询模式发送,使用超时管理机制。
HAL_UART_Receive();串口轮询模式发送,使用超时管理机制。
HAL_UART_Transmit_IT();串口中断模式发送,
HAL_UART_Receive_IT();串口中断模式发送
HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式发送
HAL_UART_Receive_DMA();串口DMA模式发送

串口相关的中断函数:
HAL_UART_TxHalfCpltCallback():一半数据(half transfer)发送完成后,通过中断处理函数调用。
HAL_UART_TxCpltCallback():发送完成后,通过中断处理函数调用。
HAL_UART_RxHalfCpltCallback():一半数据(half transfer)接收完成后,通过中断处理函数调用。
HAL_UART_RxCpltCallback():接收完成后,通过中断处理函数调用。
HAL_UART_ErrorCallback():传输过程中出现错误时,通过中断处理函数调用。

可看到串口发送和就是有三种通信模式:
       第一种是上面用到的轮询的模式。CPU不断查询IO设备,如设备有请求则加以处理。例如CPU不断查询串口是否传输完成,如传输超过则返回超时错误。轮询方式会占用CPU处理时间,效率较低。
       第二种就是中断控制方式。当I/O操作完成时,输入输出设备控制器通过中断请求线向处理器发出中断信号,处理器收到中断信号之后,转到中断处理程序,对数据传送工作进行相应的处理。
       第三种就是直接内存存取技术(DMA)方式。所谓直接传送,即在内存与IO设备间传送一个数据块的过程中,不需要CPU的任何中间干涉,只需要CPU在过程开始时向设备发出“传送块数据”的命令,然后通过中断来得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪。

3.中断模式。
        打开STM32CubeMX重新建工程,配置和前面一样。只是这个工程中,开启了串口中断。




生成报告以及代码,编译程序。在main函数前面添加两个数组变量。

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 
/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
uint8_t aTxStartMessage[] = "\r\n****UART-Hyperterminal communication based on IT ****\r\nEnter 10 characters using keyboard :\r\n";
 
/* Buffer used for reception */
uint8_t aRxBuffer[20];
/* USER CODE END PV */


在main函数中添加两个语句通过串口中断发送aTxStartMessage数组的数据和接收数据10个字符,保存在数组aRxBuffer中

/* USER CODE BEGIN 2 */
    HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)aTxStartMessage, sizeof(aTxStartMessage));
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)aRxBuffer, 10);
/* USER CODE END 2 */


在main.c文件后面添加中断接收完成回调函数。中断回调函数中将接收到的数据又通过串口发送回去。

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * @brief Rx Transfer completed callbacks
  * @param huart: uart handle
  * @retval None
  */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(huart);
  
  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_UART_RxCpltCallback can be implemented in the user file
   */
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)aRxBuffer, 10,0xFFFF);
}
/* USER CODE END 4 */


编译程序并下载到开发板。用USB线连接开发板到电脑,在电脑上打开串口调试助手。选择对应的串口号,设置波特率为115200。按下复位按键会接收到aTxStartMessage数组的数据。通过串口助手发送10个字符,串口助手回显示发送的数据。注意:串口要发够10个字符串,才会触发中断。少于10个字符则不会触发中断,串口不会显示发送的数据。超过10个字符,串口只会发送10个字符回来显示。



串口不定长接收程序:USART CMD - 不定长接受.zip


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