STM32收发HEX数据包

news2024/11/15 1:44:48

        在实际应用中，STM32的串口通信都是以数据包格式进行收发，这个数据包一般都包含包头和包尾，表示一个数据包。源代码在文末给出

数据包格式：

固定长度，含包头包尾

可变包长，含包头包尾

问题1：当数据包传输时，里面有数据与包头包尾重复怎么办？

1：设置限幅，包头包尾设置为数据包无法超过的16进制数

2：如果无法避免重复，那么就采用固定长度，含包头包尾的包格式

3：增加包头包尾的数据，增强包头包尾的唯一性，例如可以设置两位包头：0xFF与0xFD，判断包头时，需要同时判断第二位是否为0xFD，包尾同理。

问题2：包头包尾是否可以去掉一个？

        是可以的，包头包尾并不是全都需要，例如当采用固定包长进行数据包收发时候，这时就可以只有一个包头，当程序检测到包头后开始接收数据，收够4个字节后，置标志位，一个数据包接收完成。但是这种方法存在很大的弊端，例如当设置包头为0xFF的时候，这时传输4个0xFF的时，程序就可能分不清哪个是包头。

问题3：如何发送字节流：

        在STM32中，数据包都是以一个字节一个字节进行发送的，当需要发送16位，或32位的数据时，如何发送？例如float，double，甚至是结构体。STM32支持这种发送方式，这种16位或32位的数据类型内部都是由多个字节组成的，发送时只需要使用uint8_t指针指向它，把它当成一个字节数组发送就可以发送整个数据。

总结：

        若数据包载荷不会和包头包尾重复，那么就可以选择可变包长，相反就选择固定包长。可变包长的灵活性很强，可以选择任意的数据包长度，发送16位或32位的变量时候使用uint8_t指针指向它，就可以发送整个数据。

HEX数据包与文本数据包：

        HEX数据包发送的就是16进制数据，而文本数据包是将数字译码后的数据，通常以换行作为包尾，文本载荷数据是一个字符串。

        HEX数据包传输最直接，解析数据非常简单，比较适合模块发送原始数据，例如传感器等，缺点是载荷容易和包头包尾重复，文本数据包数据适合输入指令进行人机交互，例如蓝牙模块的AT指令，缺点是解析效率低，例如发送数字100，文本数据就需要占用3个字节，而HEX只需要1个字节空间。 根据实际场景选择数据。

数据包发送：

HEX数据包：

        定义字符数组进行发送

文本数据包发送：

        定义字符串进行发送

数据包接收：

        每收到一个字节，程序都会进入一次中断，因此每拿到一个字节的数据都是独立的过程，对数据包来说，主要有包头，载荷，包尾这三种数据，那么需要设计一种能记住不同状态的程序和机制，在不同状态执行不同的操作，同时还要进行状态的合理转移，这种程序设计就叫做状态机（State Machine）。

HEX数据包接收：

如下图状态转移图：

        首先设置状态变量s = 0；表示等待包头，当接收到数据进入中断时，中断程序进行判断状态接收到的数据是否为包头，是的话将s置1，表示接收数据，这样在下一次中断时就会进行数据接收，并且还要在程序中设置一个数组，当接收到载荷的长度后，表示数据接收完成，这时将s置2，表示等待包尾，如果没有问题，那么下一次收到的数据就是包尾数据，这时将s置0，这样就完成了一次接收数据的循环。

        如果数据和包头重复，那么就说明数据判断错误，那么接收完成后包尾的位置就可能不是FE，这时就可以进入重复等待包尾的状态，直到接收到真正的包尾，这样能预防数据和包头重复的错误。

        真正设计串口通信时，尽量避免包头与数据重复。

文本数据包接收：

如下图状态转移图：   

        与HEX不同的是，在s = 1的时候，每次接收数据都要判断是否为\r如果是，则不接受数据并进入下一个状态等待包尾\n，这里有两个包尾，如果只有一个包尾为\r的话那么当接收到\r时可以直接回到s=0了。

 电路连接：

        连接显示屏与触摸模块，显示屏的SCL在B10，SDA在B11，触摸模块的输出引脚在A1（触摸时输出高电平）。

编写代码：

Serial.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "DELAY.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
uint8_t RxData;
uint8_t KeyNum;

int main() {
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//下拉输入IPD，上拉输入IPU；
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//这一行可以不写，在输入模式下这一行不起作用
	GPIO_Init(GPIOA,  &GPIO_InitStructure);
	OLED_Init();
	Serial_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "TxData:");
	OLED_ShowString(3, 1, "RxData:");

	Serial_TxPacket[0] = 0x01;
	Serial_TxPacket[1] = 0x02;
	Serial_TxPacket[2] = 0x03;
	Serial_TxPacket[3] = 0x04;

	while(1){
		if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 1){//按键按下，这一位为1
			while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 1);//如果一直不松手那么程序就卡在这里
			KeyNum = 1;//返回按键的值
		}
		if(KeyNum == 1) {
			Serial_TxPacket[0] ++;
			Serial_TxPacket[1] ++;
			Serial_TxPacket[2] ++;
			Serial_TxPacket[3] ++;
			
			Serial_SendPacket();
			
			OLED_ShowHexNum(2,1, Serial_TxPacket[0], 2);//RxPacket数组是同时读写的数组，
			OLED_ShowHexNum(2,4, Serial_TxPacket[1], 2);
			OLED_ShowHexNum(2,7, Serial_TxPacket[2], 2);
			OLED_ShowHexNum(2,10, Serial_TxPacket[3], 2);
			KeyNum = 0;
		}
		if(Serial_GetRxFlag() == 1) {
			OLED_ShowHexNum(4,1, Serial_RxPacket[0], 2);//RxPacket数组是同时读写的数组，
			//当读取速度慢的时候，后面的数据可能会刷新为下一个数据包的数据，可能会造成数据冲突
			OLED_ShowHexNum(4,4, Serial_RxPacket[1], 2);
			//若在这里（读取的过程中）进入中断，那么数组的数据就可能被覆盖
			OLED_ShowHexNum(4,7, Serial_RxPacket[2], 2);
			OLED_ShowHexNum(4,10, Serial_RxPacket[3], 2);
		}
	}
}

Serial.h

#ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H
#include <stdio.h>
extern uint8_t Serial_TxPacket[];//外部可调用，如果模块里有数组需要外部调用，一般使用Get，Set函数进行封装，使用指针传递
extern uint8_t Serial_RxPacket[];

void Serial_Init();
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char* format,...);
uint8_t Serial_GetRxFlag();
void Serial_SendPacket();


#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "DELAY.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
uint8_t RxData;
uint8_t KeyNum;

int main() {
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//下拉输入IPD，上拉输入IPU；
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//这一行可以不写，在输入模式下这一行不起作用
	GPIO_Init(GPIOA,  &GPIO_InitStructure);
	OLED_Init();
	Serial_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "TxData:");
	OLED_ShowString(3, 1, "RxData:");

	Serial_TxPacket[0] = 0x01;
	Serial_TxPacket[1] = 0x02;
	Serial_TxPacket[2] = 0x03;
	Serial_TxPacket[3] = 0x04;

	while(1){
		if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 1){//按键按下，这一位为1
			while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 1);//如果一直不松手那么程序就卡在这里
			KeyNum = 1;//返回按键的值
		}
		if(KeyNum == 1) {
			Serial_TxPacket[0] ++;
			Serial_TxPacket[1] ++;
			Serial_TxPacket[2] ++;
			Serial_TxPacket[3] ++;
			
			Serial_SendPacket();
			
			OLED_ShowHexNum(2,1, Serial_TxPacket[0], 2);//RxPacket数组是同时读写的数组，
			OLED_ShowHexNum(2,4, Serial_TxPacket[1], 2);
			OLED_ShowHexNum(2,7, Serial_TxPacket[2], 2);
			OLED_ShowHexNum(2,10, Serial_TxPacket[3], 2);
			KeyNum = 0;
		}
		if(Serial_GetRxFlag() == 1) {
			OLED_ShowHexNum(4,1, Serial_RxPacket[0], 2);//RxPacket数组是同时读写的数组，
			//当读取速度慢的时候，后面的数据可能会刷新为下一个数据包的数据，可能会造成数据冲突
			OLED_ShowHexNum(4,4, Serial_RxPacket[1], 2);
			//若在这里（读取的过程中）进入中断，那么数组的数据就可能被覆盖
			OLED_ShowHexNum(4,7, Serial_RxPacket[2], 2);
			OLED_ShowHexNum(4,10, Serial_RxPacket[3], 2);
		}
	}
}

程序现象：

        触摸开关触摸一次，发送一个数据包，在串口助手中，发送区域填写FF 12 34 56 78 FE发送数据，STM32接收到数据。

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