【蓝桥杯嵌入式】四、各种外设驱动（十）USART+DMA通信方式和串口通信协议的设计与使用

news2024/11/13 10:02:10

温馨提示：本文不会重复之前提到的内容，如需查看，请参考附录

【蓝桥杯嵌入式】附录

目录

重点提炼：

一、需求分析

1、需要的外设资源分析：

 2、外设具体分析：

CubeMX配置中，我们需要改动的参数：

USART1：

DMA：

二、软件配置

按照分析配置：

然后配置USART1 的 DMA Settings ：

打开并设置中断优先级：

三、程序功能实现

用到的函数：

程序流程：

在MDK中编写代码：

四、运行测试

重点提炼：

用到的函数：

一、需求分析

        我们将设计一个示例项目USART_DMA_Demo，进行计算机和开发板之间的串口通信。
        本示例要使用USART1和对应的DMA，还要使用RTC的周期唤醒功能。示例的功能和操作流程如下。

  • 在RTC周期唤醒中断里，读取当前时间后在LCD上显示，将时间转换为字符串之后，通过串口发送给计算机。
  • 在计算机上使用串口监视软件查看接收的数据，并且可以向开发板发送指令数据。
  • MCU 持续以DMA方式进行串口数据接收，接收到一条指令后就解析并执行指令的任务，例如修改当前时间。

        在计算机与开发板的串口通信中，我们一般将计算机称为上位机，将开发板称为下位机。串口的硬件层实现了数据的收发，发送的数据具体是什么意义，需要规定上位机和下位机之间的通信协议。这种通信协议就是传输数据的格式规范及其意义。在本示例中，上位机向开发板发送的串口数据的格式定义如下表所示：

上位机向开发板发送数据的格式定义(xx表示两个位数的数字)
上位机发送的指令字符串指令功能
#Hxx;设置小时，将RTC时间的小时改为xx
#Mxx设置分钟，将RTC时间的分钟改为xx
#Sxx设置秒，将RTC时间的秒改为xx
#U01;或#U00;设置上传数据，或不上传数据

        上位机发送的指令数据固定为5字节，每个指令以＃开始，以；结束。紧跟在＃后面的一个字母表示指令类型，例如，H表示修改小时，M表示修改分钟。类型字符后面是两位数字，表示指令的参数，例如，"#H13;"表示要将RTC的当前时间的小时数修改为13。
        在计算机上，我们需要使用一个串口通信软件与开发板之间进行串口通信测试。比赛时会提供这样的工具。当波特率设置的和MCU串口的波特率相同时才可以进行通信。串口工具使用起来很简单，只需要设置好串口号和波特率就行，如图：

1、需要的外设资源分析：

  • USART1 （占用引脚PA9和PA10）；
  • DMA2；
  • LCD；
  • RTC；

 2、外设具体分析：

查看原理图，和手册。

CubeMX配置中，我们需要改动的参数：
USART1：
  • Mode：工作模式。一般设置为Asynchronous（异步）；
  • Baud Rate：波特率。CubeMX默认为115200bit/s，那就设置成115200bit/s即可。
  • Data Direction：数据传输方向。
DMA：

在有DMA功能的外设中都有对DMA的设置，找到USART1的DMA设置模块，点击Add即可添加一个DMA通道。

  • Channel： DMA 通道。每个DMA 请求可用的 DMA 通道会自动列出，选择一个即可。
  • Direction：传输方向。也就是DMA传输模式，会根据DMA请求的特性列出可选项。USARTI RX 是USARTI的DMA 数据输入请求，是将USART1接收的数据存入缓冲区，所以方向是Peripheral To Memory（外设到存储器）；USART1 TX是USARTI的DMA 数据输出请求，是将缓冲区的数据用 USART1 输出，所以方向是Memory to Peripheral（存储器到外设）。
  • Priority：优先级别。DMA 流的软件优先级别有Low、Medium、

然后点击 Select 选择通道请求，串口有两个请求。

选择一个DMA流对象后，会弹出DMA请求设置栏:

  • Mode：DMA模式。普通模式和循环模式
  • Data Width: 数据宽度。外设和存储器需要单独设置数据宽度，数据宽度选项有Byte.
    Half Word 和 Word。串口传输数据的基本单位是字节，缓冲区的基本单位也是字节。
  • Increment Address：地址自增。这是指DMA传输个基本数据单位后，外设或存储器的地址是否自动增加，地址增量的大小就等于数据宽度。

二、软件配置

参考附录的内容，建立名为“USART_DMA_Demo”的项目。

按照分析配置：

LCD的设置参见附录。

RTC的配置参见上一篇文章的按照分析配置：

除了不打开闹钟外，其他配置类似。

这里只需要设置USART1 的模式为Asynchronous即可，其余保持。

然后配置USART1 的 DMA Settings ：

Add两个DMA通道，会自动设置通道号和传输方向；将RX的优先级设置为中优先级，模式设置为循环模式；TX保持默认。如图所示：

打开并设置中断优先级：

        为DMA请求配置DMA 流之后，用到的DMA 流的中断会自动打开。要对DMA流的中断进行响应和处理，就必须开启USART1的全局中断。在NVIC组件里设置中断的优先级，如图所示:

        将USART1和两个DMA 流的中断抢占优先级都设置为1，因为在它们的中断处理函数里会用到函数HAL_Delay()。

生成项目文件后，打开MDK；

导入LCD驱动程序文件。

三、程序功能实现

用到的函数：

中断服务函数：

RX对应的通道的中断服务函数：

DMA1_Channel1_IRQHandler(void)

拓展：DMA模式的中断回调函数其实映射了对应外设的中断回调函数，这里使用中断回调函数更加合理。但由于比赛涉及的中断不多，不会引发冲突，所以这种直接在中断服务函数里实现代码的方式也是可行的。

USART函数：

 	HAL_UART_Transmit_DMA(设备句柄地址,数据指针,数据大小);
	HAL_UART_Receive_DMA(设备句柄地址,缓冲区指针,数据大小);

自定义函数：

解析指令函数

程序流程：

  1. 在初始化HAL库后初始化LCD，之前实验发现中断可能会影响LCD初始化。
  2. 在main.c中定义一些全局变量
  3. 用DMA方式发送一个“hello”，表示串口正常。
  4. 开启DMA循环接收。
  5. 写RTC中断服务函数（见附录）
  6. 写指令处理函数，为了方便管理，所有的私有函数都预定义在main.h中
  7. 写RX对应的通道的中断服务函数
    1. 复制数据缓冲区并返回给上位机。
    2. 指令解析处理，改变时间值。
    3. 在LCD上显示

在MDK中编写代码：

 在main.h中 对应代码段进行引入、函数预定义、引用外部变量。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "lcd.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */
/* USER CODE BEGIN EFP */
void updataRTCTime(void);
/* USER CODE END EFP */
/* USER CODE BEGIN Private defines */
extern uint16_t cmdLen;
extern uint8_t proBuffer[10];
extern uint8_t rxBuffer[10];
extern uint8_t isUploadTime;
/* USER CODE END Private defines */

在 main.c 的 /* USER CODE BEGIN WHILE */ 代码段，编写以下代码

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
	uint8_t hello[]="Hello,DMA transmit\n";
	HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,hello,sizeof(hello));
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rxBuffer,cmdLen);
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

在stm32g4xx_it.c 中找到RTC的中断服务函数：

在如下代码段编写程序：

 代码如下，这里只显示时间，所以注释掉日期显示：

 RTC_TimeTypeDef sTime;
	RTC_DateTypeDef sData;
	
	if(HAL_RTC_GetTime(&hrtc,&sTime,RTC_FORMAT_BIN) == HAL_OK)
	{
		HAL_RTC_GetDate(&hrtc,&sData,RTC_FORMAT_BIN);
		char str[20];
		//sprintf(str,"Data:20%2d-%2d-%2d",sData.Year,sData.Month,sData.Date);
		//LCD_DisplayStringLine(Line3,str);
		sprintf(str,"Time:%2d:%2d:%2d",sTime.Hours,sTime.Minutes,sTime.Seconds);
		LCD_DisplayStringLine(Line5,str);
	}

找到RX对应的通道的中断服务函数，我设置的是通道1：

  /* USER CODE BEGIN DMA1_Channel1_IRQn 1 */
	for(uint16_t i=0;i<cmdLen ;i++)
			proBuffer[i]=rxBuffer [i];
	HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1 ,rxBuffer ,cmdLen +1);
	HAL_Delay(10);
	updataRTCTime();
	LCD_DisplayStringLine(Line7,rxBuffer);
  /* USER CODE END DMA1_Channel1_IRQn 1 */

在 stm32g4xx_it.c 最后面编写自定义函数

/* USER CODE BEGIN 1 */
void updataRTCTime(void)
{
	if(proBuffer[0] != '#')
		return;
	uint8_t timeSection=proBuffer[1];
	uint8_t tmp10=proBuffer[2];
	uint8_t tmp1=proBuffer[3];
	uint8_t val=10*tmp10+tmp1;
	if(timeSection == 'U')
	{
		isUploadTime=val;
		return ;
	}
	RTC_TimeTypeDef sTime;
	RTC_DateTypeDef sDate;
	if(HAL_RTC_GetTime(&hrtc ,&sTime ,RTC_FORMAT_BIN)==HAL_OK )
	{
		HAL_RTC_GetDate(&hrtc ,&sDate ,RTC_FORMAT_BIN );
		if(timeSection == 'H')
			sTime.Hours = val;
		else if (timeSection == 'M')
			sTime.Minutes = val;
		else if (timeSection == 'S')
			sTime.Seconds = val;
		HAL_RTC_SetTime(&hrtc ,&sTime ,RTC_FORMAT_BIN );
	}
}
/* USER CODE END 1 */

四、运行测试

编译、下载（见附录）。

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