关于PID闭环控制中上位机与下位机通讯代码的解析分享（一）

下位机接收数据代码（以STM32单片机为例）与上位机发送数据C#代码分享

1、下位机代码：

/**
 * @brief   接收的数据处理
 * @param   void
 * @return  -1：没有找到一个正确的命令.
 */
int8_t receiving_process(void)
{
  uint8_t frame_data[128];         // 要能放下最长的帧
  uint16_t frame_len = 0;          // 帧长度
  uint8_t cmd_type = CMD_NONE;     // 命令类型
  
  while(1)
  {
    cmd_type = protocol_frame_parse(frame_data, &frame_len);
    switch (cmd_type)
    {
      case CMD_NONE:
      {
        return -1;
      }

      case SET_P_I_D_CMD:
      {
        uint32_t temp0 = COMPOUND_32BIT(&frame_data[13]);
        uint32_t temp1 = COMPOUND_32BIT(&frame_data[17]);
        uint32_t temp2 = COMPOUND_32BIT(&frame_data[21]);
        
        float p_temp, i_temp, d_temp;
        
        p_temp = *(float *)&temp0;
        i_temp = *(float *)&temp1;
        d_temp = *(float *)&temp2;
        
        set_p_i_d(p_temp, i_temp, d_temp);    // 设置 P I D
      }
      break;

      case SET_TARGET_CMD:
      {
        int actual_temp = COMPOUND_32BIT(&frame_data[13]);    // 得到数据
        
        set_pid_target(actual_temp);    // 设置目标值
      }
      break;
      
      case START_CMD:
      {
        set_motor_enable();              // 启动电机
      }
      break;
      
      case STOP_CMD:
      {
        set_motor_disable();              // 停止电机
      }
      break;
      
      case RESET_CMD:
      {
        HAL_NVIC_SystemReset();          // 复位系统
      }
      break;
      
      case SET_PERIOD_CMD:
      {
        uint32_t temp = COMPOUND_32BIT(&frame_data[13]);     // 周期数
        SET_BASIC_TIM_PERIOD(temp);                             // 设置定时器周期1~1000ms
      }
      break;

      default: 
        return -1;
    }
  }
}

这段代码是一个接收数据并进行处理的函数。函数名为receiving_process，返回类型为int8_t，参数为空。函数的作用是接收数据并根据接收到的命令类型进行相应的处理。如果没有找到正确的命令，函数返回-1。

在函数内部，定义了一些变量用于存储接收到的数据和命令类型。frame_data是一个长度为128的uint8_t数组，用于存储接收到的数据帧。frame_len是一个uint16_t类型的变量，用于记录数据帧的长度。cmd_type是一个uint8_t类型的变量，用于存储命令类型。

接下来是一个无限循环，用于不断接收并处理数据。

循环内部首先调用了一个名为protocol_frame_parse的函数，该函数用于解析数据帧并返回命令类型。解析过程将接收到的数据帧存储在frame_data中，并将数据帧的长度保存在frame_len中。解析结果保存在cmd_type中。

接下来通过switch语句对cmd_type进行判断，根据不同的命令类型进行相应的处理。

如果命令类型为CMD_NONE，表示没有找到正确的命令，返回-1。

如果命令类型为SET_P_I_D_CMD，表示接收到了设置PID参数的命令。接下来通过COMPOUND_32BIT宏将frame_data中的字节转换为32位整数，然后再通过强制类型转换将32位整数转换为float类型。将转换后的参数传递给set_p_i_d函数，用于设置PID参数。

如果命令类型为SET_TARGET_CMD，表示接收到了设置目标值的命令。通过COMPOUND_32BIT宏将frame_data中的字节转换为32位整数，然后将转换后的参数传递给set_pid_target函数，用于设置目标值。

如果命令类型为START_CMD，表示接收到了启动电机的命令。调用set_motor_enable函数，用于启动电机。

如果命令类型为STOP_CMD，表示接收到了停止电机的命令。调用set_motor_disable函数，用于停止电机。

如果命令类型为RESET_CMD，表示接收到了复位系统的命令。调用HAL_NVIC_SystemReset函数，用于复位系统。

如果命令类型为SET_PERIOD_CMD，表示接收到了设置定时器周期的命令。通过COMPOUND_32BIT宏将frame_data中的字节转换为32位整数，然后将转换后的参数传递给SET_BASIC_TIM_PERIOD函数，用于设置定时器周期。

最后，如果命令类型不在上述情况中，默认返回-1。

总结起来，这段代码是一个接收数据并进行处理的函数。函数通过解析数据帧获取命令类型，并根据命令类型进行相应的处理操作。

2、上位机代码：

using System;
using System.IO.Ports;
using System.Threading;

public class UpperComputer
{
    private SerialPort serialPort;

    public UpperComputer()
    {
        // 初始化串口
        serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
    }

    public void Connect()
    {
        try
        {
            serialPort.Open();  // 打开串口连接
            Console.WriteLine("成功连接下位机。");
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine("连接下位机失败：" + ex.Message);
        }
    }

    public void Disconnect()
    {
        serialPort.Close();  // 关闭串口连接
        Console.WriteLine("已断开下位机连接。");
    }

    public void SendCommand(byte[] command)
    {
        try
        {
            serialPort.Write(command, 0, command.Length);  // 发送命令
            Console.WriteLine("发送命令成功。");
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine("发送命令失败：" + ex.Message);
        }
    }

    public static void Main(string[] args)
    {
        UpperComputer upperComputer = new UpperComputer();
        upperComputer.Connect();

        // 示例：发送设置PID参数的命令
        byte[] setPIDCommand = new byte[25];
        setPIDCommand[0] = 1;  // 命令类型：设置PID参数
        Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(1.23f), 0, setPIDCommand, 1, 4);  // 设置P参数
        Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(4.56f), 0, setPIDCommand, 5, 4);  // 设置I参数
        Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(7.89f), 0, setPIDCommand, 9, 4);  // 设置D参数
        
        upperComputer.SendCommand(setPIDCommand);

        // 示例：发送设置目标值的命令
        byte[] setTargetCommand = new byte[9];
        setTargetCommand[0] = 2;  // 命令类型：设置目标值
        Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(100), 0, setTargetCommand, 1, 4);  // 设置目标值为100
        
        upperComputer.SendCommand(setTargetCommand);

        // 示例：发送启动电机的命令
        byte[] startCommand = new byte[1];
        startCommand[0] = 3;  // 命令类型：启动电机
        
        upperComputer.SendCommand(startCommand);

        // 示例：发送停止电机的命令
        byte[] stopCommand = new byte[1];
        stopCommand[0] = 4;  // 命令类型：停止电机
        
        upperComputer.SendCommand(stopCommand);

        // 示例：发送复位系统的命令
        byte[] resetCommand = new byte[1];
        resetCommand[0] = 5;  // 命令类型：复位系统
        
        upperComputer.SendCommand(resetCommand);

        // 示例：发送设置定时器周期的命令
        byte[] setPeriodCommand = new byte[5];
        setPeriodCommand[0] = 6;  // 命令类型：设置定时器周期
        Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(500), 0, setPeriodCommand, 1, 4);  // 设置周期为500ms
        
        upperComputer.SendCommand(setPeriodCommand);

        upperComputer.Disconnect();
    }
}

导入命名空间：
- using System;：引入System命名空间，包含了一些常用的系统类型和功能。
- using System.IO.Ports;：引入System.IO.Ports命名空间，提供了与串口通信相关的类和方法。
- using System.Threading;：引入System.Threading命名空间，提供了多线程编程相关的类和方法。
定义UpperComputer类：
- private SerialPort serialPort;：定义一个私有变量serialPort，用于串口通信。
- public UpperComputer()：构造方法，用于初始化串口。
Connect()方法：
- serialPort.Open();：打开串口连接。
- Console.WriteLine("成功连接下位机。");：在控制台输出连接成功的提示信息。
Disconnect()方法：
- serialPort.Close();：关闭串口连接。
- Console.WriteLine("已断开下位机连接。");：在控制台输出断开连接的提示信息。
SendCommand()方法：
- serialPort.Write(command, 0, command.Length);：发送命令给下位机。
- Console.WriteLine("发送命令成功。");：在控制台输出发送命令成功的提示信息。
Main()方法：
- UpperComputer upperComputer = new UpperComputer();：创建一个UpperComputer对象。
- upperComputer.Connect();：调用Connect()方法连接下位机。
示例代码：
- 发送设置PID参数的命令：
  - byte[] setPIDCommand = new byte[25];：定义一个长度为25的byte数组，用于存储设置PID参数的命令。
  - setPIDCommand[0] = 1;：设置命令类型为设置PID参数。
  - Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(1.23f), 0, setPIDCommand, 1, 4);：将浮点数1.23转换为字节数组，并复制到setPIDCommand数组的指定位置，用于设置P参数。
  - Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(4.56f), 0, setPIDCommand, 5, 4);：将浮点数4.56转换为字节数组，并复制到setPIDCommand数组的指定位置，用于设置I参数。
  - Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(7.89f), 0, setPIDCommand, 9, 4);：将浮点数7.89转换为字节数组，并复制到setPIDCommand数组的指定位置，用于设置D参数。
  - upperComputer.SendCommand(setPIDCommand);：调用SendCommand()方法发送设置PID参数的命令。
- 发送设置目标值的命令：
  - byte[] setTargetCommand = new byte[9];：定义一个长度为9的byte数组，用于存储设置目标值的命令。
  - setTargetCommand[0] = 2;：设置命令类型为设置目标值。
  - Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(100), 0, setTargetCommand, 1, 4);：将整数100转换为字节数组，并复制到setTargetCommand数组的指定位置，用于设置目标值。
  - upperComputer.SendCommand(setTargetCommand);：调用SendCommand()方法发送设置目标值的命令。
- 发送启动电机的命令：
  - byte[] startCommand = new byte[1];：定义一个长度为1的byte数组，用于存储启动电机的命令。
  - startCommand[0] = 3;：设置命令类型为启动电机。
  - upperComputer.SendCommand(startCommand);：调用SendCommand()方法发送启动电机的命令。
- 发送停止电机的命令：
  - byte[] stopCommand = new byte[1];：定义一个长度为1的byte数组，用于存储停止电机的命令。
  - stopCommand[0] = 4;：设置命令类型为停止电机。
  - upperComputer.SendCommand(stopCommand);：调用SendCommand()方法发送停止电机的命令。
- 发送复位系统的命令：
  - byte[] resetCommand = new byte[1];：定义一个长度为1的byte数组，用于存储复位系统的命令。
  - resetCommand[0] = 5;：设置命令类型为复位系统。
  - upperComputer.SendCommand(resetCommand);：调用SendCommand()方法发送复位系统的命令。
- 发送设置定时器周期的命令：
  - byte[] setPeriodCommand = new byte[5];：定义一个长度为5的byte数组，用于存储设置定时器周期的命令。
  - setPeriodCommand[0] = 6;：设置命令类型为设置定时器周期。
  - Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(500), 0, setPeriodCommand, 1, 4);：将整数500转换为字节数组，并复制到setPeriodCommand数组的指定位置，用于设置周期。
  - upperComputer.SendCommand(setPeriodCommand);：调用SendCommand()方法发送设置定时器周期的命令。
- upperComputer.Disconnect();：调用Disconnect()方法断开下位机连接。