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STM32 USART串口数据包通信实例

文章目录

  • 前言
  • 一、介绍部分
  • 数据包两种包装方式（分割数据）
  • HEX数据包
  • 文本数据包
  • 数据包的收发流程
  • 数据包的发送
  • 数据包的接收
  • 固定包长的hex数据包接收
  • 可变包长的文本数据包接收
  • 二、实例部分
  • 固定包长的hex数据包接收
  • 连接线路
  • 代码实现
  • 可变包长的文本数据包接收
  • 连接线路
  • 代码实现
  • 补充

    • 前言

    当串口需要发送多个字节的数据时，使用数据包的形式来发送和接收是更加方便的，还可以更好的区分各个字节数据所对应的内容。例如需要发送X,Y,Z来控制陀螺仪传感器的X,Y,Z，就可以使用数据包的格式。

    一、介绍部分

    数据包两种包装方式（分割数据）

    发送一连串数据时，无法精准的确定此数据对应哪一位，所以需要分割数据来使其位置一一对应。或者限制数据的大小来避免数据与包头包尾重复。

    1. 使用包头加包尾把数据给包裹起来
    在数据与包头包尾有重复时，尽量使用固定包长的方法，以免错误的识别到包头或包尾导致数据错误。
    2. 使用一位标志位来确定数据开始

    HEX数据包

    文本数据包

    数据包的收发流程

    数据包的发送

    和普通的数据发送一致，使用一个数组来接收这个数据包，然后使用相关的发送函数即可。

    数据包的接收

    每接收一个字节的数据，程序就会进入一次中断然后退出中断，所以每个数据的接收是独立的，所以要针对不同的状态进行对应的判断和进行相关的偏移，使这些数据关联起来，也就是状态机思路。

    固定包长的hex数据包接收

    如图，判断包头为状态s=1，判断成功使状态s=2，则接收数据状态，接收满4个数据后，使状态s=3，判断包尾，判断成功后进入下一轮。

    可变包长的文本数据包接收

    二、实例部分

    固定包长的hex数据包接收

    使按下按键可以发送递增数据包，将接收的数据包与发送的数据包都显示到OLED上

    连接线路

    代码实现

    串口配置Serial.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

uint8_t TxData[4];	// 发送数据包
uint8_t RxData[4];  // 接收数据包
uint8_t RxFlag;

void Serial_Init(void){
	// 开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	// 初始化引脚
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;		// 复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;	// A9 发送数据
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		// 50Hz翻转速度
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;		// 上拉输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;	// A10 接收数据
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		// 50Hz翻转速度
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	// 初始化串口配置
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 串口波特率
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 不使用流控
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 串口模式，发送+接收
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 选择一位停止位
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 不需要校验位,八位字长
	USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
	
	// 开启中断
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	//初始化NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	// 分组
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	// 中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	// 中断通道使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	// 抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	// 响应优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	
	// USART1使能
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

// 发送函数
void USART_SendByte(uint8_t Byte){
	USART_SendData(USART1,Byte);
	// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

// 发送数组函数
void USART_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length){
	uint8_t i = 0;
	for(i=0;i<Length;i++){
		USART_SendData(USART1,Array[i]);
		// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
	}
}

// 发送字符串函数
void USART_SendString(uint8_t *String){
	uint8_t i = 0;
	for(i=0;String[i]!='\0';i++){
		USART_SendData(USART1,String[i]);
		// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
	}
}

// 返回X的Y次方
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y){
	uint32_t Result = 1;
	while(Y--){
		Result *= X;
	}
	return Result;
}
// 发送数字函数
void USART_SendNum(uint32_t Num,uint16_t Length){
	uint8_t i = 0;
	for(i=0;i<Length;i++){
		USART_SendByte(Num / Serial_Pow(10,Length-i-1) % 10 + 0x30);
		// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
	}
}

//重定向fputc函数，fputc是printf函数的底层，printf通过不停的调用fputc来达到输出的效果
//重定向到串口
int fputc(int ch,FILE *f){
	USART_SendByte(ch);
	return ch;
}

// 封装使用sprintf输出到串口
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];
	va_list arg;							// 可变参数列表
	va_start(arg, format);		// 从format开始接收可变参数
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	USART_SendString((uint8_t*)String);
}

// 获取RxFlag
uint8_t USART_GetRxFlag(void){
	if(RxFlag == 1){
		RxFlag = 0;
		return 1;
	}
	return 0;
}


void USART_SendPacket(void){
	USART_SendByte(0xff);				// 发送包头
	USART_SendArray(TxData,4);	// 发送数据
	USART_SendByte(0xfe);				// 发送包尾
}

//中断函数
void USART1_IRQHandler(void){
	static uint8_t RxStatus = 0;		// 数据包状态
	static uint8_t RxCount = 0;
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){
		uint8_t RXDATA = USART_ReceiveData(USART1);	// 获取接收到的数据
		if(RxStatus == 0){
			if(RXDATA == 0xff){
				RxStatus = 1;
			}
		}else if(RxStatus == 1){
			RxData[RxCount] = RXDATA;
			RxCount++;
			if(RxCount >= 4){
				RxCount = 0;
				RxStatus = 2;
			}
		}else if(RxStatus == 2){
			if(RXDATA == 0xfe){
				RxStatus = 0;
				RxFlag = 1;
			}
		}
	}
}

    按键button.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

/**
  * @brief  初始化Button相关端口
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void Button_Init(void){
	// 初始化时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;		// 上拉输出,按下为0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		// 50Hz翻转速度
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	// 使这两个端口默认高电平，不然初始化后默认是低电平
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1);
}
/**
  * @brief  返回所按按键值
  * @param 	无
  * @retval KeyNum 按键值
  */
uint8_t Key_Num(void){
	uint8_t KeyNum = 0;
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1)==0){
		Delay_ms(20);
		while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1)==0);
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 1;
	}
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11)==0){
		Delay_ms(20);
		while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11)==0);
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 11;
	}
	return KeyNum;
}

    主函数main.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "button.h"

uint8_t KeyNum;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "TxData:");
	OLED_ShowString(3, 1, "RxData:");
	Button_Init();
	Serial_Init();
	TxData[0] = 0x01;
	TxData[1] = 0x02;
	TxData[2] = 0x03;
	TxData[3] = 0x04;
	
	//USART_SendPacket();
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_Num();
		if(KeyNum == 1){
			TxData[0] ++;
			TxData[1] ++;
			TxData[2] ++;
			TxData[3] ++;
			USART_SendPacket();
			OLED_ShowHexNum(2,1,TxData[0],2);
			OLED_ShowHexNum(2,4,TxData[1],2);
			OLED_ShowHexNum(2,7,TxData[2],2);
			OLED_ShowHexNum(2,10,TxData[3],2);
		}
		if(USART_GetRxFlag() == 1){
			OLED_ShowHexNum(4,1,RxData[0],2);
			OLED_ShowHexNum(4,4,RxData[1],2);
			OLED_ShowHexNum(4,7,RxData[2],2);
			OLED_ShowHexNum(4,10,RxData[3],2);
		}
	}
}

    可变包长的文本数据包接收

    主要功能为接收字符串，通过特定的字符串来实现led的点亮和关闭，并把相关信息显示在OLED上

    连接线路

    代码实现

    led配置led.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header


/**
  * @brief  初始化LED相关端口，让LED所在端口可以被直接赋值
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void LED_Init(void){
	// 初始化时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	// 配置LED所在端口
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;		// 通用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		// 50Hz翻转速度
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	// 使这两个端口默认高电平，不然初始化后默认是低电平
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
/**
  * @brief  LED1亮
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void LED1_On(void){
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
/**
  * @brief  LED1关
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void LED1_Off(void){
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
/**
  * @brief  LED2亮
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void LED2_On(void){
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
/**
  * @brief  LED2关
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void LED2_Off(void){
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
/**
  * @brief  LED1取反
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void LED1_Reverse(void){
	// 读取端口状态，根据状态取反
	if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1) == 0)
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	else
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
/**
  * @brief  LED2取反
  * @param 	无
  * @retval 无
  */
void LED2_Reverse(void){
	// 读取端口状态，根据状态取反
	if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2) == 0)
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	else
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}

    串口配置serial.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

char RxData[100];  // 接收数据包
uint8_t RxFlag;

void Serial_Init(void){
	// 开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	// 初始化引脚
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;		// 复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;	// A9 发送数据
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		// 50Hz翻转速度
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;		// 上拉输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;	// A10 接收数据
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		// 50Hz翻转速度
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	// 初始化串口配置
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 串口波特率
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 不使用流控
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 串口模式，发送+接收
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 选择一位停止位
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 不需要校验位,八位字长
	USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
	
	// 开启中断
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	//初始化NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	// 分组
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	// 中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	// 中断通道使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	// 抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	// 响应优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	
	// USART1使能
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

// 发送函数
void USART_SendByte(uint8_t Byte){
	USART_SendData(USART1,Byte);
	// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

// 发送数组函数
void USART_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length){
	uint8_t i = 0;
	for(i=0;i<Length;i++){
		USART_SendData(USART1,Array[i]);
		// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
	}
}

// 发送字符串函数
void USART_SendString(uint8_t *String){
	uint8_t i = 0;
	for(i=0;String[i]!='\0';i++){
		USART_SendData(USART1,String[i]);
		// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
	}
}

// 返回X的Y次方
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y){
	uint32_t Result = 1;
	while(Y--){
		Result *= X;
	}
	return Result;
}
// 发送数字函数
void USART_SendNum(uint32_t Num,uint16_t Length){
	uint8_t i = 0;
	for(i=0;i<Length;i++){
		USART_SendByte(Num / Serial_Pow(10,Length-i-1) % 10 + 0x30);
		// 等待写入完成，写入完成之后会将标志位自动清0
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
	}
}

//重定向fputc函数，fputc是printf函数的底层，printf通过不停的调用fputc来达到输出的效果
//重定向到串口
int fputc(int ch,FILE *f){
	USART_SendByte(ch);
	return ch;
}

// 封装使用sprintf输出到串口
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];
	va_list arg;							// 可变参数列表
	va_start(arg, format);		// 从format开始接收可变参数
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	USART_SendString((uint8_t*)String);
}


//中断函数
void USART1_IRQHandler(void){
	static uint8_t RxStatus = 0;		// 数据包状态
	static uint8_t RxCount = 0;
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){
		uint8_t RXDATA = USART_ReceiveData(USART1);	// 获取接收到的数据
		if(RxStatus == 0){
			if(RXDATA == '@' && RxFlag == 0){
				RxStatus = 1;
				RxCount = 0;		// 初始化之前的数据长度
			}
		}else if(RxStatus == 1){
			if(RXDATA == '\r')
				RxStatus = 2;
			else{
				RxData[RxCount] = RXDATA;
				RxCount++;
			}
		}else if(RxStatus == 2){
			if(RXDATA == '\n'){
				RxStatus = 0;
				RxFlag = 1;
				RxData[RxCount] = '\0';		// 加入字符串结束标志位
			}
		}
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); // 清除标志位
	}
}

    主函数mian.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "LED.h"
#include <string.h>


int main(void)
{
	OLED_Init();
	Serial_Init();
	LED_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "TxData:");
	OLED_ShowString(3, 1, "RxData:");
	
	while (1)
	{
		if(RxFlag == 1){
			OLED_ShowString(4,1,"                "); // 显示前擦除这行
			OLED_ShowString(4,1,RxData);
			
			if(strcmp(RxData,"LED_ON")==0){
				LED1_On();
				USART_SendString((uint8_t*)"LED_ON_OK\r\n");
				OLED_ShowString(2,1,"                ");
				OLED_ShowString(2,1,"LED_ON_OK");
			}
			else if(strcmp(RxData,"LED_OFF")==0){
				LED1_Off();
				USART_SendString((uint8_t*)"LED_OFF_OK\r\n");
				OLED_ShowString(2,1,"                ");
				OLED_ShowString(2,1,"LED_OFF_OK");
			}
			else{
				USART_SendString((uint8_t*)"ERR_CMD\r\n");
				OLED_ShowString(2,1,"                ");
				OLED_ShowString(2,1,"ERR_CMD");
			}
			RxFlag = 0;
		}
	}
}

    补充

    这里没有使用函数封装标志位自动清除，在许多读写操作进行时可能因为读取速度太慢导致数据接收错位，所以在主函数中手动把标志位清0，保证把每个数据包接收完毕后才可以开始下一次接收，同时把serial.c的包头判断时加入标志位判断即if(RXDATA == ‘@’ && RxFlag == 0)。

    作者：CC Cian

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