STM32 UART串口通讯编程方法

Posted 2020-11-02

    在对通讯时间要求比较高的时候，就需要自己对UART的通讯底层直接进行操作。我以STM32单片机为例，讲一下比较快速的UART编程方法。——其实不止是STM32这么处理，我以前使用过51的单片机，TI的MSP单片机，三菱的16位单片机，都可以采用这种方法。

    基本的处理思路如下：

    1. UART接收的处理方法

        打开UART的接收中断，每收到一个字节就放到接收缓冲区，同时更新接收指针。当连续100ms没有收到接收字符，则认为本次帧接收完毕，置位帧接收完成标志，由主程序进行处理。

    2. UART发送的处理方法

        将需要发送的数据放到发送缓冲区，设置发送长度。然后发送第一个字节，并打开发送中断。在发送中断中判断是否已经发送了指定长度的数据。如果没有发送完成，则继续发送；发送完成，则关闭发送中断。

     以上方法，说起来比较简单，主要是容错的处理，以及细节的考虑。以下我以STM32单片机为例进行说明。

    1. 定义需要的变量

uint8_t gcRXDBuffer[50], gcRXDPointer, gcRXDLength;    //接收的缓冲区、接收指针、接收的帧长度 uint8_t gcTXDBuffer[50], gcTXDPointer, gcTXDLength;    //发送的缓冲区，发送指针，发送的长度 uint8_t gcInRXDMode, gcInTXDMode;                //是否处于接收或发送的状态标志，在需要切入低功耗模式，或关闭其他功能时需要

    2. 初始化UART寄存器，以LL库为例，HAL库也可以。其实这部分功能使用STM32CUBEMX自己生成就行，不用给自己编写。

/* USART2 init function */ static void MX_USART2_UART_Init(void) {   LL_USART_InitTypeDef USART_InitStruct;   LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;   /* Peripheral clock enable */   LL_APB1_GRP1_EnableClock(LL_APB1_GRP1_PERIPH_USART2);      /**USART2 GPIO Configuration     PA9   ------> USART2_TX   PA10   ------> USART2_RX    */   GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_9;   GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;   GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_LOW;   GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;   GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;   GPIO_InitStruct.Alternate = LL_GPIO_AF_4;   LL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);   GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_10;   GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;   GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_LOW;   GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;   GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;   GPIO_InitStruct.Alternate = LL_GPIO_AF_4;   LL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);   /* USART2 interrupt Init */   NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 0);   NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);   USART_InitStruct.BaudRate = 9600;   USART_InitStruct.DataWidth = LL_USART_DATAWIDTH_8B;   USART_InitStruct.StopBits = LL_USART_STOPBITS_1;   USART_InitStruct.Parity = LL_USART_PARITY_NONE;   USART_InitStruct.TransferDirection = LL_USART_DIRECTION_TX_RX;   USART_InitStruct.HardwareFlowControl = LL_USART_HWCONTROL_NONE;   USART_InitStruct.OverSampling = LL_USART_OVERSAMPLING_16;   LL_USART_Init(USART2, &USART_InitStruct);   LL_USART_DisableOverrunDetect(USART2);   LL_USART_ConfigAsyncMode(USART2);   LL_USART_Enable(USART2); }

    3. 自己增加的初始化，初始化变量，并打开接收中断。

/************************************ *不带流控的USART2函数**************** */ void uart2Init(void) { gcRXDPointer=0; gcRXDLength=0; gcTXDPointer=0; gcTXDLength=0; gcInRXDMode=0; gcInTXDMode=0; LL_USART_EnableIT_RXNE(USART2); //LL_USART_EnableIT_TXE(USART2); }

    4. 以上的初始化就完成了，下面看中断处理函数的编程方法。

/** * @brief This function handles USART2 global interrupt / USART2 wake-up interrupt through EXTI line 26. */ void USART2_IRQHandler(void) {   /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */ uint8_t ucTemp;   /* USER CODE END USART2_IRQn 0 */   /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */ if(LL_USART_IsActiveFlag_RXNE(USART2)) {    //如果是接收中断 gcUartCounter=0;    //全局变量，每次收到一个自己就清零，到100ms没有更新认为接收完成。        ucTemp=LL_USART_ReceiveData8(USART2); gcRXDBuffer[gcRXDPointer++]=ucTemp;    //接收到的数据放入缓冲区 gcInRXDMode=1;                         //当前在接收模式 } else if(LL_USART_IsActiveFlag_TXE(USART2)) {     //如果是发送中断 gcTXDPointer++; if(gcTXDPointer<gcTXDLength) {   //还没有发送完成，继续发送 LL_USART_TransmitData8(USART2, gcTXDBuffer[gcTXDPointer]); } else {    //发送完成了，复位发送的变量 gcTXDLength=0; gcTXDPointer=0; LL_USART_DisableIT_TXE(USART2);  //关闭发送中断 gcInTXDMode=0;  //退出发送模式 delayms(1);     //有流控时需要延时关闭流控，比如RTS，或者485中断的发送引脚。 RTS_HIGH(); } }   /* USER CODE END USART2_IRQn 1 */ }

    5. 在系统的1ms SysTick中断中，判断是否100ms没有收到数据了。

gcUartCounter++;   //这个变量在接收中断中不断清零 if(gcUartCounter>=100) {   //100ms没有收到数据了，如果有数据，则打包帧 gcUartCounter=100; gcInRXDMode=0;  //退出接收模式 if(gcRXDPointer>=3) {  //根据协议长度，3是可以改动的。 gcRXDLength=gcRXDPointer;  //将长度放入gcRXDLength,由主程序处理 gcRXDPointer=0; } }

    6. 以上程序中，接收数据部分就完成了。在主程序，或主业务中，判断gcRXDLength就知道是否有数据需要处理。

    7. 在需要发送数据的时候：

/************************************ 清空发送缓冲区的函数，需要重新组织发送时调用。*/ void TxdClearBuff(void) { gcTXDPointer=0; gcTXDLength=0; } /************************************ 如果需要多次组织数据，就一次次调用Push函数，将发送数据送入发送缓冲区。*/ void TxdPushToBuff(uint8_t *buffer, unsigned int length) { memcpy(gcTXDBuffer+gcTXDLength, buffer, length); gcTXDLength+=length; } /************************************ 组织完数据后，调用TxdSend,进行发送。*/ void TxdSend(void) { LL_USART_TransmitData8(USART2, gcTXDBuffer[0]); gcTXDPointer=0;     LL_USART_EnableIT_TXE(USART2);   //打开发送中断。 gcInTXDMode=1;                   //进入发送模式。 }

    以上发送需要使用3个函数，有些复杂。如果你一次就能将数据组织完成，就可以写简单点。

   在对实时处理要求更严格的时候，会在接收中断中直接处理帧头的判断（是否是正确的帧头，不是则接收指针直接清零），并根据帧长度字节，判断接收是否完成，然后直接调用通讯处理函数。这样的处理方法最快速，但封装不好，不易维护。不是必须的时候，不建议这么使用。