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:
 #include "uart.h"

 int main()
 {
     uart1_init();
     while()
     {
     }
 }

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

 #define USART1_REC_LEN 256

 u8 Uart1_RevBuf_Tail = ;//接收缓冲区尾部
 u8 Uart1_RevBuf[USART1_REC_LEN];//接收缓冲区数组

 void uart1_init()
 {
   //GPIO端口设置
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
   USART_DeInit(USART1);

   //USART1端口配置
   //UASART_TX   PA9
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    //复用推挽输出
   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化PA9
   //USART1_RX      PA10
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  //初始化PA10

   //USART1 初始化设置
   USART_InitStructure.USART_BaudRate = ;//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

     //Usart1 NVIC 配置
   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//串口1中断通道
   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=;//抢占优先级3
   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =;        //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);
   USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启相关中断
   USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //使能串口1

 }

 //串口1中断服务程序
 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，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)
         {}
         Uart1_RevBuf_Tail++;
         if(Uart1_RevBuf_Tail>USART1_REC_LEN-)
         {
             Uart1_RevBuf_Tail = ;
         }
     }
 }

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 = ;
u8 Uart1_RevBuf_Head = ;
u8 Uart1_RevBuf[Usart1RecLength];
u8 RecState = ;
u8 TemplateData;
u8 DataLength = ;
u8 Data[]={};

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-)
        {
            Uart1_RevBuf_Tail = ;
        }
    }
}

void RecDataAnalysis()
{
    u8 i = ;
    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-)
      {
          Uart1_RevBuf_Head = ;
      }

      USART1_FrameFlags.DeviceDataError = ;
      USART1_FrameFlags.StopDataError = ;
      USART1_FrameFlags.LengthDataError = ;
      USART1_FrameFlags.StartDataError = ;

      switch(RecState)
      {
          case :
              if(TemplateData == 0xAB)//头
              {
                  RecState = ;
              }
              else
                {
                    RecState = ;
                    USART1_FrameFlags.StartDataError = ;
                }
              break;
         case :
            if(TemplateData == 0x01)//设备号
            {
                RecState = ;
            }
            else
            {
                RecState = ;
                USART1_FrameFlags.DeviceDataError = ;
            }
            break;
        case :
            if(TemplateData == 0x08)//数据位
            {
                RecState = ;
            }
            else
            {
                RecState  = ;
                USART1_FrameFlags.LengthDataError = ;
            }
            break;
        case ://转存数据
            if(DataLength == )
            {
                RecState  = ;
                USART1_FrameFlags.DataReady = ;
            }
            else if(DataLength != )
            {
                Data[-DataLength] = TemplateData;
                DataLength = DataLength -;
            }
            break;
        case :
            if(TemplateData == 0xFF)//尾部
            {
                RecState = ;
                DataLength = ;
            }
            else
            {
                for(i=;i < ;i++)
              {
                 Data[i] = ;
              }
              RecState = ;
              DataLength = ;
              USART1_FrameFlags.StopDataError = ;
              USART1_FrameFlags.DataReady = ;
            }
            break;
        default:
            for(i=;i < ;i++)
            {
                Data[i] = ;
            }
            RecState = ;
            DataLength = ;
            break;
     }
  }
}

void Resend()//测试用重发数据函数
{
    u8 i = ;
    if(USART1_FrameFlags.DataReady == )
    {
        for(i=;i<;i++)
        {
          USART_SendData(USART1,Data[i]);
          while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
          USART1_FrameFlags.DataReady = ;
        }
    }
}

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：