【星云 Orbit • STM32F4】08. 用判断数据头来接收据的串口通用程序框架
1. 引言
本教程旨在帮助嵌入式开发小白从零开始，学习如何在STM32F407微控制器上实现一个基于串口的数据接收程序。该程序能够通过判断数据头来接收一串数据，并将其存储到缓冲区中以供后续处理。教程内容涵盖基础知识、配置步骤、HAL库函数详解，并提供配套例程和代码注释。
2. 硬件准备
- STM32F407开发板
- 串口调试工具（如串口助手）
3. 软件准备
- Keil MDK-ARM开发环境
- STM32F407标准库
4. 知识储备
在开始编程之前，需要了解以下基础知识：
- STM32F407的串口（USART）外设
- 基本的串口通信知识（波特率、数据位、停止位、校验位）
- C语言编程基础
- 中断服务函数的基本概念
5. 程序设计
5.1 程序功能概述
程序的主要功能包括：
- 初始化STM32F407的串口外设
- 通过中断方式接收串口数据
- 检测数据头（特定字节序列）
- 存储接收到的数据到缓冲区
- 提供数据处理接口
5.2 程序模块划分
程序分为以下几个模块：
main.c：主程序文件，负责初始化和程序运行逻辑usart.h和usart.c：串口驱动文件，负责串口的初始化和数据收发data_receiver.h和data_receiver.c：数据接收模块，负责数据头检测和数据存储
5.3 程序流程图
流程图说明：
- 系统初始化：程序开始时进行系统初始化，包括时钟配置、GPIO配置等。
- 串口初始化：配置串口参数（如波特率、数据位、停止位等），使串口准备好接收数据。
- 等待中断触发：程序进入等待状态，等待串口接收到数据后触发中断。
- 接收数据：中断触发后，程序从串口接收数据。
- 检测数据头：检查接收到的数据是否包含有效的数据头，以确保数据的完整性。
- 存储数据：将接收到的有效数据存储到内存或外部存储器中。
- 数据处理：对存储的数据进行进一步的处理，如解析、计算等。
这个流程图清晰地展示了从系统初始化到数据处理的完整流程，帮助理解基于STM32F407的串口数据接收程序的工作原理。
6. 代码实现
6.1 串口初始化 (usart.c)
#include "usart.h"
void USART_Init(uint32_t baudrate) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
// 使能GPIO和USART时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
// 配置GPIO引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置USART
USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
// 使能USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
// 配置 NVIC 优先级
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
6.2 数据接收模块 (data_receiver.c)
#include "data_receiver.h"
#define DATA_BUFFER_SIZE 100
#define HEADER_SIZE 3
#define HEADER_1 0xEB
#define HEADER_2 0x00
#define HEADER_3 0x55
static uint8_t data_buffer[DATA_BUFFER_SIZE];
static uint16_t buffer_index = 0;
static uint8_t header_received = 0;
void DataReceiver_Init(void) {
buffer_index = 0;
header_received = 0;
}
void USART1_IRQHandler(void) {
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
uint8_t received_data = USART_ReceiveData(USART1);
if (header_received < HEADER_SIZE) {
if (received_data == header[header_received]) {
header_received++;
if (header_received == HEADER_SIZE) {
// 数据头检测完成，开始接收数据
buffer_index = 0;
}
} else {
header_received = 0;
}
} else {
if (buffer_index < DATA_BUFFER_SIZE) {
data_buffer[buffer_index++] = received_data;
}
}
}
}
uint8_t* GetDataBuffer(void) {
return data_buffer;
}
uint16_t GetBufferDataLength(void) {
return buffer_index;
}
6.3 主程序 (main.c)
#include "usart.h"
#include "data_receiver.h"
int main(void) {
// 系统时钟配置
SystemClock_Config();
// 初始化串口
USART_Init(9600);
// 初始化数据接收模块
DataReceiver_Init();
while (1) {
// 主循环可以添加其他任务
}
}
7. 使用示例
7.1 初始化串口
在 main.c 中调用 USART_Init 函数，配置串口参数：
USART_Init(9600); // 配置波特率为9600
7.2 初始化数据接收模块
调用 DataReceiver_Init 函数，初始化数据接收模块：
DataReceiver_Init();
7.3 数据接收与处理
在中断服务函数 USART1_IRQHandler 中，接收到的数据会被存储到 data_buffer 中。主程序可以通过以下函数获取接收到的数据：
uint8_t* data = GetDataBuffer();
uint16_t data_length = GetBufferDataLength();
8. 串口收发状态图
以下是基于STM32F407的串口数据接收程序的状态图，展示了串口收发的状态转换过程：
串口数据接收程序的状态图
9. 总结
通过本教程，读者可以掌握如何在STM32F407上实现一个基于串口的数据接收程序。程序通过检测数据头来接收数据，并将其存储到缓冲区中以供后续处理。教程内容从零开始，详细讲解了串口配置、数据接收、中断处理等关键步骤，并提供了完整的代码示例和注释，帮助读者快速上手。
