【STM32嵌入式系统设计与开发】——8usart(串口通讯实验)

news2024/9/24 7:14:51

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  • 一、任务描述
  • 二、任务实施
    • 1、ActiveBeep工程文件夹创建
    • 2、函数编辑
      • （1）主函数编辑
      • （2）USART1初始化函数(usart1_init())
      • （3）USART数据发送函数（ USART1_Send_Data（））
      • （4）USART数据发送函数（ USART1_IRQHandler(））
    • 3、宏定义
    • 4、知识链接
      • （1）USART的基本原理
      • （3）USART与其他通信的区别
    • 5、工程测试

STM32资料包：
百度网盘下载链接：链接：https://pan.baidu.com/s/1mWx9Asaipk-2z9HY17wYXQ?pwd=8888
提取码：8888

一、任务描述

在这里插入图片描述

二、任务实施

观察电路图:
TXD(底板) ————————> PA10
RXD(底板) ————————> PA9
使用USB-AB型数据线，连接15核心板USB口,串口发送接收到的数据。在这里插入图片描述

1、ActiveBeep工程文件夹创建

步骤1：复制工程模板“1_Template”重命名为“6_Usart”。
在这里插入图片描述

步骤2：修改项目工程名，先删除projects文件夹内除了Template.uvprojx文件外的所有内容并修改为“Usart.uvprojx”。并删除output/obj和output/lst中的所有文件。
在这里插入图片描述

步骤3：运行“Usart.uvprojx”打开目标选项“Options for Target”中的“Output”输出文件，并修改可执行文件名称为“Usart”点击“OK”保存设置。最后点击“Rebuild”编译该工程生成Usart文件。
在这里插入图片描述

步骤4：复制“2_LEDTest”中的"1_LED"文件复制到hardware中。
在这里插入图片描述
步骤6：工程组文件中添加“led.c”和“ActiveBeep.c”文件。
在这里插入图片描述

步骤7：目标选项添加添加头文件路径。
在这里插入图片描述

2、函数编辑

（1）主函数编辑

连接15核心板USB口,串口发送接收到的数据，串口助手发送一段数据帧，判断数据帧后返回相应数据。
在这里插入图片描述

步骤1：端口初始化准备

	//函数初始化，端口准备
	delay_init();               //启动滴答定时器
    usart1_init(9600);          //USART1初始化
	ExpLEDInit();               //LED端口初始化

在这里插入图片描述

步骤2：循环时延迟的时间会逐渐增加，直到 temp 达到 200，然后重新从 10 开始。这样就会产生一种周期性变化的效果，蜂鸣器和 LED 会以不同的频率闪烁。

	while(1)
	{	 
		// 如果串口接收状态为SET
		if (USART_DataTypeStr.Usart_Rc_State == SET) 
		{
		  // 将串口接收状态复位
		  USART_DataTypeStr.Usart_Rc_State = RESET;
		  // 发送串口接收到的数据
		  USART1_Send_Data(USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Data, USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Len);
		}
	}

在这里插入图片描述

（2）USART1初始化函数(usart1_init())

配置了 PA9 为复用推挽输出，用于 USART1 的 TXD，并配置了 PA10 为浮空输入，用于 USART1 的 RXD。并配置了 USART1 的参数，包括波特率、数据位长度、停止位数、校验位、硬件流控制和工作模式。

/*********************************************************************
 @Function  : USART1初始化
 @Parameter : bound : 波特率 
 @Return    : N/A
**********************************************************************/   	
void usart1_init(uint32_t bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;             								 // 定义 GPIO 初始化结构体
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;            								 // 定义 USART 初始化结构体
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;              								 // 定义 NVIC 初始化结构体

    /* 时钟使能：启用 USART1 和 GPIOA 的时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    /* 引脚复用配置 */  
    // 配置 PA9 为复用推挽输出，用于 USART1 的 TXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;       								// 设置 GPIO 端口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                               // 设置 GPIO 速度
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 								// 设置 GPIO 模式为复用推挽
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);          							    // 初始化 GPIO

    // 配置 PA10 为浮空输入，用于 USART1 的 RXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;                                      // 设置 GPIO 端口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;                           // 设置 GPIO 模式为浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                          // 初始化 GPIO

    /* NVIC 中断配置 */ 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;                               // 设置中断通道为 USART1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;                       // 设置抢占优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;                              // 设置子优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                 // 使能中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                                                 // 初始化 NVIC

    /* USART1 配置 */ 
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;                                     // 设置波特率
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;                     // 设置数据位长度为8位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;                          // 设置停止位为1位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;                             // 设置校验位为无校验
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 设置硬件流控制为无
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;                 // 设置工作模式为接收和发送
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);                                       // 初始化 USART1

    /* 中断配置 */
    // USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 开启接收中断
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                                                      // 启用 USART1
}

在这里插入图片描述

（3）USART数据发送函数（ USART1_Send_Data（））

初始化PD14端口，并为推挽输出。

/*********************************************************************
 @Function  : USART数据发送函数
 @Parameter : Data 	 ：要发送的数据缓存.
							Lenth  ：发送长度
 @Return    : 发送状态   1 ：失败   0 ：成功
**********************************************************************/
char USART1_Send_Data(char* Data,uint8_t Lenth) 
{
	uint8_t uNum = 0;
	if(USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State == 1)                       //判断发送标志位是否置1
	{
		USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = 0;                       //将发送标志位清零，表示数据已经成功放入缓存，等待发送
		USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len = Lenth;                     //获取需要发送的数据的长度       
	  for(uNum = 0;uNum < USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len;uNum ++)   //将需要发送的数据放入发送缓存
	  {
		  USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Buffer[uNum] = Data[uNum];
	  }
    USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE);			            //数据放入缓存后打开发送中断，数据自动发送
	}
	return USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State;                        //返回放数据的状态值，为1表示发送失败，为0表示发送成功了
}

在这里插入图片描述

（4）USART数据发送函数（ USART1_IRQHandler(））

void USART1_IRQHandler(void)                
{
	 uint8_t Clear = Clear;                                                         // 定义清除标志的变量，并初始化为自身
	static uint8_t uNum = 0;                                                        // 静态变量，用于循环计数
	
  if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) != RESET)  // 判断读数据寄存器是否为非空
  {
        USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);                                       // 清零读数据寄存器，其实硬件也可以自动清零
        USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Buffer[USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num ++] = \
		(uint16_t)(USART1->DR & 0x01FF);                                              // 将接收到的数据存入接收缓冲区
		(USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num) &= 0xFF;                                     // 防止缓冲区溢出
  } 
	
	else if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE) != RESET)   // 检测空闲
	{
	    Clear = USART1 -> SR;                                                                 // 读SR位
		Clear = USART1 -> DR;                                                                 // 读DR位，
	    USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Len = USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num;                      // 获取数据长度
		for(uNum = 0; uNum < USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Len; uNum ++)          
		{
				USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Data[uNum] = USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Buffer[uNum];  // 将接收到的数据复制到接收数据缓冲区
		}
		USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num = 0;                                                   // 清空接收计数器
		USART_DataTypeStr.Usart_Rc_State = 1;                                                 // 数据读取标志位置1，读取串口数据
	}
	
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_TXE) != RESET) // 判断发送寄存器是否为非空
  {
		USART1->DR = \
		((USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Buffer[USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num ++]) & (uint16_t)0x01FF);  // 发送数据
		(USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num) &= 0xFF;                                                     // 防止缓冲区溢出
    if(USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num >= USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len)
    {   
			USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,DISABLE);                                                // 发送完数据，关闭发送中断
			USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num = 0;                                                         // 清空发送计数器
			USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = 1;                                                       // 发送标志置1，可以继续发送数据了
    } 		
	}
}

在这里插入图片描述

3、宏定义

步骤2：主函数添加所需的led和KeyBoard头文件，主源文件部分报错消失

/***********Hardweare***************/
#include "led.h"

在这里插入图片描述

步骤2：添加宏定义

#define USART_RX_LEN  200               // 接收缓冲区最大长度
#define USART_TX_LEN  200               // 发送缓冲区最大长度
#define UART_NUM      10                // 串口结构体最大对象数量

在这里插入图片描述

步骤3：添加led宏定义

#define LED_ALL GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 |GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7

在这里插入图片描述
步骤3：添加函数声明

void usart1_init(uint32_t bound);
extern USART_DataTypeDef USART_DataTypeStr; 
char USART1_Send_Data(char* Data,uint8_t Lenth);

在这里插入图片描述

步骤4：添加数据类型和宏的头文件

//定义串口数据结构体
typedef struct USART_DataType 
{
    uint8_t Usart_Rx_Len;          // 接收缓冲区长度
    uint8_t Usart_Tx_Len;          // 发送缓冲区长度
    uint8_t Usart_Rx_Num;          // 接收数据计数
    uint8_t Usart_Tx_Num;          // 发送数据计数
    uint8_t Usart_Rc_State;        // 接收状态标志位
    uint8_t Usart_Tc_State;        // 发送状态标志位
    char Usart_Rx_Buffer[USART_RX_LEN]; // 接收缓冲区
    char Usart_Tx_Buffer[USART_TX_LEN]; // 发送缓冲区
    char Usart_Rx_Data[USART_RX_LEN];   // 接收数据
    char Usart_Tx_Data[USART_TX_LEN];   // 发送数据
} USART_DataTypeDef;

在这里插入图片描述

4、知识链接

（1）USART的基本原理

在这里插入图片描述
USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里

（3）USART与其他通信的区别

通信接口在嵌入式系统中具有不同的特点和应用场景，可以根据具体的需求选择合适的接口，以实现数据通信、存储、外设连接等功能。
在这里插入图片描述

5、工程测试

在这里插入图片描述

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