STM32学习----RS232串口通讯

一、RS232相关概念

       RS ==Recommend Standard ==推荐标准；

        232==标识号，第232号；

        时间：1962年

        地点：美国

        人物：美国电子工业协会 == Electronic Industries Association ==（美国）电子工业协会

        事件：发布了一个串行通信的物理接口结合逻辑电平的规范文件，就是这个232号文件。

        

        现在关于串口通讯的叫法太多，什么RS232通讯、串口通讯、DB9通讯、UART通讯等等，其实这些称呼都跟这个额232号文件有些关系，随便怎么叫吧，理解就行。

        串行通讯，从字面意思理解就行，就是把数据串成一串发出去，比如一个字节8位，高位先发出去，那么发送顺序就是bit7--bit6--bit5--bit4--bit3--bit2--bit1--bit0。

        就某种单片机来说，比如STM32F103，它有好几个UART口，俗称串口，但是它的引脚高电平是3.3V，低电平是0V，正好满足TTL的电平标准，2.4V--5V表示逻辑1，0V--0.4V表示逻辑0。

        但是电压低了传输距离就比较短，为了传输远点，就把TTL电平转换成RS232电平，通过某种电平转换芯片，比如MAX232。RS232电平逻辑是-3V到-15V表示逻辑1,3V到15V表示逻辑0。这相当于把电平扩大，但是也只能传输十几米。

        人们为了传输更远，就用上了差分传输，比如RS422和RS485，用两根线的电压差来表示逻辑1和逻辑0，两根线的压差为2V至6V表示逻辑1，两线的压差为-2V至-6V表示逻辑0,这样就能传输1000米以上。

数据在一根线上传输，那什么时候是开始，什么时候是结束，每位数据的宽度是多少、数据有没有传输错误。那就需要约定一下，不是谁都像孙悟空一样有觉悟，头上敲三下就是让他凌晨3点过来，还是要讲清楚点好。

线顶一个空闲的状态，就是没传输数据的时候，传输线的电平逻辑是1，用单片机TTL的电平标准就是3.3V，高电平；

开始：发出1位逻辑0电平

结束：发出1位逻辑1电平

数据宽度：要定义每一位的宽度是多少，不然你发两位1我却认为是1位1,怎么办，发送和接收的双发要统一度量衡，才不会有误解。这个数据宽度就是用波特率的约定。

数据有没有传错：那就把收到的数据大家数一数，算一算，我给你发100块钱，我还告诉你是100张一块的，那你收到之后，要数一数，是不是100张，是不是100块，都对了，那就表示是我给你的。

传输一个字节数据的示意图

STM32F103单片机USART内部结构图

 这个图太大了，对新人实在是不友好，对老人也不友好，还是需要好好的梳理一下，总共就4块

1、串口引脚：发送和接收数据的外部引脚；

2、波特率发生器：产生波特率，就是为了控制数据每个bit的宽度；

3、发送与接收的控制单元：控制数据怎么发送，怎么接收；

4、发送与接收数据寄存器：单片机的发送的数据在内部怎么产生，接收的数据怎么吸收；

串口数据收发：

1、轮询收发

  发送数据

        1、声明一个UART_HandleTypeDef结构

        2、配置波特率、字符长度、停止位、校验位等

        3、UART 管脚配置：配置管脚位置和时钟

        4、UART初始化

        5、开始发送数据

       用STM32CubeMX生成代码，前面4步都自动生成好了，只需要在第五步调用发送函数就可以

以下是自动生成的配置代码

#include "usart.h"


//声明一个UART句柄结构体，应为使用串口1 ，结构体命名为huart1
UART_HandleTypeDef huart1;


//配置串口波特率、数据长度、停止位、校验位等
//调用HAL_UART_Init函数，再调用HAL_UART_MspInit函数，
//完成UART管脚和时钟的配置,以及串口初始化
void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

}

//配置UART管脚位置和时钟
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(uartHandle->Instance==USART1)
  {

    __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    //串口1使用GPIOA的，PIN9和PIN10
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    /* 串口中断配置，轮询模式可以不用配置中断*/
    HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

  }
}


//相当于还原，还原到配置之前的状态
void HAL_UART_MspDeInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{
  if(uartHandle->Instance==USART1)
  {

    __HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE();

    HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10);

    HAL_NVIC_DisableIRQ(USART1_IRQn);

  }
}

  在main文件中去完成串口数据发送

        串口发送使用函数

//huart:用哪个串口发送
//pData：被发送的数据指针
//Size：发送的数据个数
//Timeout：超时时间
HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

        串口接收使用函数

//huart:用哪个串口接收
//pData：接收的数据存放位置
//Size：接收的数据个数
//Timeout：超时时间
HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

收发实验放在一起比较好，本实验是单片机与PC之间进行数据传输：

PC向单片机发送5个数据 0xAA、 0x11 、0x22 、0x33 、0xBB

单片机每次接收5个数据，并判断第一个数据是不是AA，最后一个数据是不是BB；

如果判断正确，就把事先准备好的6个数据发出去；

还要把接收到的数据清空，等待下一次接收新数据。

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

//将要发送的数据
uint8_t Tx_Buffer[6] = {0x5A, 0x01,0x02,0x03,0x04,0xA5};

//接收的数据存放位置
uint8_t Rx_Buffer[5] = {0};

void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{

  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  while (1)
  {
    //开始接收数据
    if(HAL_UART_Receive(&huart1, Rx_Buffer, 5, 10))
    {
      //如果收到的第一个数据是AA，第五个数据是BB
      //就把要发送的数据发出去
      if((Rx_Buffer[0]==0xAA)&&(Rx_Buffer[4]==0xBB))
      {
        HAL_UART_Transmit(&huart1, Tx_Buffer, 6, 10);
        
        //也可以在收到数据的时候点个灯
        //当然，也可以根据其他的数据来做该做的事
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LED0_Pin);
      }
      
      //把接收到的数据清空，等待下一次接收
      for(uint8_t i=0; i<5;i++)
      {
        Rx_Buffer[i] = 0;
      }
    }
  }
}

2、中断收发

//串口中断发送函数
//huart: 要发送数据的串口
//pData：要发送的数据指针
//Size：要发送的数据个数，
HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)


//串口中断接收函数
//huart: 要接收数据的串口
//pData：接收的数据存放位置
//Size：要接收的数据个数
HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

针对发送中断函数，把设置的Size个数据发送完之后，才执行中断，就可以执行回调函数了，一般数据发送完，我们也不用做什么事情，回调函数也懒得写，有需求的话就去写吧。

针对接收中断函数，也是接收到Size个数据之后才产生中断，，然后执行回调函数，可以在回调函数中做一些操作，比如判断数据的对错，以及收到数据要做的事情，一般是比较简短的事情，太复杂的事情就不要再回调函数里面做了，可以在回调函数中做个标记，然后再大循环中处理。

以下例程是中断收发数据

1、单片机设置接收中断使能，

2、等待PC发送5个数据0xAA、 0x11 、0x22 、0x33 、0xBB

3、收到5个数据后，串口接收中断触发

4、在接收回调函数中判断第一个数据和最后一个数据是否正确；

5、正确的话就用中断的方式把事先准备好的数据发给PC（本例程是准备6个数据）；

6、把前面接收的数据清空，等待下一次接收（当然，接收的数据你想怎么处理就怎么处理）

7、在中断回调函数中，把接收中断重新使能，因为中断执行的过程中把中断使能关闭了。

中断代码

//将要发送的数据
extern uint8_t Tx_Buffer[6];

//接收的数据存放位置
extern uint8_t Rx_Buffer[5];
/**
  * @brief This function handles USART1 global interrupt.
  */
void USART1_IRQHandler(void)
{
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}


void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if(huart->Instance == USART1)
  {
    //只要串口接收中断产生了让灯改变一下亮灭的状态
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LED0_Pin);
    
    //判断接收到的数据是否正确，本例程只判断首尾的数据
    if((Rx_Buffer[0]==0xAA)&&(Rx_Buffer[4]==0xBB))
    {
      //收到的数据正确，就把事先准备好的数据发出去
      HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, Tx_Buffer, 5);
    }
    
    //把收到的数据清空，准备下一次接收
    for(uint8_t i=0; i<5;i++)
    {
      Rx_Buffer[i] = 0;
    }
  }
  
  //因为中断函数执行完之后，就把中断关闭了，需要重新开启中断
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, Rx_Buffer, 5);
}

main文件代码

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

//将要发送的数据
uint8_t Tx_Buffer[6] = {0x5A, 0x01,0x02,0x03,0xA5};

//接收的数据存放位置
uint8_t Rx_Buffer[5] = {0};

void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{

  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  
  //使能接收中断
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, Rx_Buffer, 5);

  while (1)
  { 
    //什么都不做
  }
}

中断跟捕猎有点像

        你设置好陷阱，等待猎物的到来，没有猎物的时候，陷阱是不会被触发的；当陷阱被触发之后，你就可以去把里面的猎物取出来了，猎物怎么处理是你的事，是放大自然，还是大孜然；当然了，此时你的陷阱已经被破坏了，如果你还要捕猎，那就把你的陷阱重新弄好。

        这种HAL库里面弄好的中断收发函数有个不好的地方，主要在串口接收，你要收到设定数量的数据才开始触发中断，比如设置收到5个数据才执行中断，第一次PC先给单片机发送4个数据，跟设定的5个数据相比，没达到触发中断的条件，那就继续等着。第二次PC接着又发送3个数据，这时候问题出现了，单片机怎么处理，当然是在第二次的数据还没发送完，只发送一个的时候，这时触发条件成熟了（达到5个数据），单片机开始中断，去处理数据。如果PC的两次发送时间间隔很久怎么办，凉拌，什么都不办了。这肯定是不行的。就像你的陷阱是想逮住5只猎物，但是只逮住了4只，然后再也没有猎物来，你就永远不能去取你的猎物，或者后面又来了3只，一共7只了，你拿走5只，还留两只等下次凑数，那这个猎人脑子肯定是有问题。

        解决这个问题的办法也是有，猎物逮一个收一个，就是来回跑有点累。代码演示一下。

1、每次接收到一个数据就中断；数据存在Rx_Data；

2、中断回调函数里面，把Rx_Data的数据转存到Rx_Buffer数组；

3、一共收到5个数据之后，就把收到的数据发出去，数据个数计数也清零，重新开始。

//串口收到的数据给Rx_Data
extern uint8_t Rx_Data;

//串口接收数据缓存，Rx_Data就是个二道贩子，最终数据还是放在Rx_Buffer
extern uint8_t Rx_Buffer[5];

//接收数据计数
uint8_t Rx_Count = 0;
/**
  * @brief This function handles USART1 global interrupt.
  */
void USART1_IRQHandler(void)
{
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}


void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{

  if(huart->Instance == USART1)
  {
    //只要串口接收中断产生了让灯改变一下亮灭的状态
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LED0_Pin);
    
    //把串口收到的数据转存在Rx_Buffer里
    Rx_Buffer[Rx_Count++] = Rx_Data;
 
    //把收到的数据清空，准备下一次接收
    Rx_Data = 0;
    
    //判断是不是收到了5个数据
    if(Rx_Count ==5 )
    {
      //收到了5个数据，就把收到的数据发出去
      HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, Rx_Buffer, 5);
      
      //收到5个数据之后，再重新计数
      Rx_Count = 0;
    }
  }
  
  //因为中断函数执行完之后，就把中断关闭了，需要重新开启中断
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &Rx_Data, 1);
}

        上面每次收一个数据就中断的情况，在数据少的时候用用还可以，在大项目里面，数据多的话，最好还是别用，不然单片机就一直在中断了，不要干别的事情了。就好比你在干几个亿的项目，隔几秒钟就有人来汇报一下，你是什么心态。

        那肯定有解决方案的，为了解决大量的数据传送，不要想着轮询的方式了，轮询是最傻瓜的工作方式，在控制上想都别想，问题太多，简单项目用用还可以，比如打印信息。那可不可以等数据都发送完了，通讯线空下来的时候给我个中断，通知我来处理数据。就像你在跟客户讨论需求的时候，你不会客户提一个需求你就去干，再接等客户提下一个需求，再继续干，那人就废了，让客户一口气把需求提完，等客户安静下来，我再来处理那一堆的需求。STM32单片机就可以这样。

//huart:那个串口收数据
//pData:收到的数据存在哪里
//Size:收多少个数据
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

测试例程

1、PC给单片机发送10个数据，随便哪10个；

2、单片机通过空闲中断的方式接收；

3、接收到之后把数据拷贝出来；

4、把数据通过中断发出去

//将要发送的数据
extern uint8_t Tx_Buffer[6];

//接收的数据存放位置
extern uint8_t Rx_Buffer[20];

uint8_t RX_BUFFER[20];
/**
  * @brief This function handles USART1 global interrupt.
  */
void USART1_IRQHandler(void)
{
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
  //if((huart->Instance == USART1)&&(Size==10))
  if(huart->Instance == USART1)
  {
    //只要串口接收中断产生了让灯改变一下亮灭的状态
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LED0_Pin);
    
    //把串口收到的数据转到RX_BUFFER里
    memcpy(RX_BUFFER,Rx_Buffer,sizeof(Rx_Buffer) );
    //收到的数据正确，就把事先准备好的数据发出去
    HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, RX_BUFFER, 10);

    
    //把收到的数据清空，准备下一次接收
    for(uint8_t i=0; i<20;i++)
    {
      Rx_Buffer[i] = 0;
    }
  }
  
  //因为中断函数执行完之后，就把中断关闭了，需要重新开启中断
  HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart1, Rx_Buffer, 10);
}

还有DMA收发数据，放在DMA专题那边说。