代码收藏家技术教程 2023-07-09

使用Matlab进行串口通讯与下位机交互

最近用Matlab通过串口与STM32单片机通讯。Matlab在2019b版本以后，要用serialport串口函数集替换掉原有的serial串口函数集。Matlab的serialport串口工具说明文档并不完善，查了一些资料，实现了单字节中断回调式的串口接收。程序执行的效率高，并且在通讯过程中，不会阻塞主程序的运行。通讯程序主要有打开串口、串口通讯和关闭串口三个部分。

一、打开串口

在打开串口之前，要先用serialportlist()函数枚举所有的串口。然后从中选择需要通讯的设备，用serialport()函数打开，打开时要同时传入波特率参数。

devList = serialportlist("available");     % 枚举可用的串口。返回"COM1", "COM5"等
device = serialport(devList(2), 115200);   % 打开列表中的第二个串口，波特率设置为115200

二、串口通讯

Matlab程序可以用read()和write()函数进行串口通讯输入和输出。因为用read()输入数据需要指定读取的数据量，在接收完指定的数据量之前，read()函数是不返回的，程序会堵在那里。而低功耗MCU数据传输通常是不定时、不定长的，对这种数据传输来说，直接用read()输入就显得有那么一些笨拙了。所以Matlab还提供了中断回调的方式进行输入，在串口收到数据时，Matlab会主动调用指定的回调函数，在回调函数里就可以用read()函数把数据读出来，有多少就读多少。

定义回调函数是用configureCallback()函数。回调函数有两种触发方式：(1) 接收到设定的终止符时触发；(2) 接收到指定的字节数时触发。如果串口数据量不大，可以设置成接收到每个字节都产生一次中断，然后在中断程序中处理收到的数据。下面是设置回调函数的语句，其中ReceiveCallback()函数就是回调函数。设置完成后，串口只要接收到数据，就会调用ReceiveCallback()函数。

configureCallback(device, "byte", 1, @ReceiveCallback);  % 配置串口回调函数，接收到一个字节就调用一次ReceiveCallback()函数

回调函数的第一个参数dev是串口设备句柄，就是serialport()函数打开时返回的设备句柄，可以用来对串口进行操作。回调函数内容主要如下

function ReceiveCallback(dev, event)
	SerialBytesAvailable = get(dev, 'NumBytesAvailable');       % 获取串口缓存区中的数据量
	if SerialBytesAvailable > 0                                 % 判断是否有数据可读，如果可读则进行下一步读出的操作
 		DataReceive = read(dev, SerialBytesAvailable, "char");  % 读取数据
 		disp(DataReceive);
		% 用户数据处理
		% ……
	end
end

虽然在配置语句中，回调函数ReceiveCallback()应该是接收到一个字节就调用一次，但是在传输整块数据时，串口实际上是一次性接收一批数据的。为了加快执行速度，串口缓冲区有多少数据，可以一次性地全部读出来。缓冲区读空以后，Matlab还会按字节数老老实实地调用回调函数，但这时候缓冲区里已经没有数据了，所以就用不着执行read()指令读取数据了。

下图展示了串口分批传输了10131字节的数据，每次回调函数被调用执行时，实际读取的数据量。可以看到，回调函数的部分调用读取了几十到上百字节，但是更多次被调用时，缓冲区可供读取的数据量实际为0。

Matlab从串口向MCU传输数据是比较简单的，直接调用write()函数就行了。

write(device, uint8([0xA5 0xA5 0x08 0x1F]), 'uint8');    % PC经串口输出4个字节的数据

三、关闭串口

Matlab的帮助里没有说怎样关闭串口。如果不关闭串口，以后就再用就打不开了。关闭串口的方法是清除设备句柄变量device，或者给device设备赋个值，Matlab就会释放device占据的串口。

clear device;    % device = []; <--这样也行

四、完整示例

在本示例的硬件环境下，STM32单片机在接收到4字节数据后，会发送10131字节的数据给PC。

% 打开串口，配置回调函数
devList = serialportlist("available");     % 枚举可用的串口。返回"COM1", "COM5"等
device = serialport(devList(2), 115200);   % 打开列表中的第二个串口，波特率设置为115200
configureCallback(device, "byte", 1, @ReceiveCallback);  % 配置串口回调函数，接收到一个字节就调用一次ReceiveCallback()函数

% 向串口输出
write(device, uint8([0xA5 0xA5 0x08 0x1F]), 'uint8');    % PC经串口输出4个字节的数据。
% STM32单片机收到数据后，将通过串口向PC传送10131字节的数据
% 此处等待数据传输完毕，或者干别的事情……
pause(10)

% 关闭串口
clear device;    % device = []; <--这样也行

% 回调函数
function ReceiveCallback(dev, event)
	SerialBytesAvailable = get(dev, 'NumBytesAvailable');       % 获取串口缓存区中的数据量
	if SerialBytesAvailable > 0                                 % 判断是否有数据可读，如果可读则进行下一步读出的操作
 		DataReceive = read(dev, SerialBytesAvailable, "char");  % 读取数据
 		disp(DataReceive);
		% 用户数据处理
		% ……
	end
end