代码收藏家 STM32F4 USB串口通信学习教程及附源码分享
硬件资源：
①正点原子STM32F407ZGT6探索者开发板
硬件连接为：
②USB链接线
③STLink仿真器
目的：通关串口实现与上位机的文本通信
步骤：
①串口和GPIO时钟使能
②引脚复用器映射：GPIO_PinAFConfig函数
③GPIO设置为复用功能
④串口参数初始化，设置波特率，字长等参数
⑤开启中断，初始化NVIC。
⑥使能串口
⑦写中断处理函数，函数名为USARTXIRQHandler
对应代码结构：
其中，main函数处理流程为：初始化后进入while1循环，若判断收到数据，则向电脑发送，若没有数据到来，则一直间隔一段时间向电脑发送提示信息，代码如下：
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
int main(void)
{
u8 len;
u16 times=0;
HAL_Init(); //初始化HAL库
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); //设置时钟,168Mhz
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化USART
LED_Init(); //初始化LED
KEY_Init(); //初始化按键
while(1)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)
{
len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
printf("\r\n您发送的消息为:\r\n");
HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000); //发送接收到的数据
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_TC)!=SET); //等待发送结束
printf("\r\n\r\n");//插入换行
USART_RX_STA=0;
}
else
{
times++;
if(times%5000==0)
{
printf("\r\n探索者STM32F407开发板 串口实验\r\n");
}
if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\r\n");
if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
delay_ms(10);
}
}
}
delay.c函数为正点原子历程的函数，放在最后。
sys.c为系统各个时钟配置函数，如下
//时钟系统配置函数
//Fvco=Fs*(plln/pllm);
//SYSCLK=Fvco/pllp=Fs*(plln/(pllm*pllp));
//Fusb=Fvco/pllq=Fs*(plln/(pllm*pllq));
//Fvco:VCO频率
//SYSCLK:系统时钟频率
//Fusb:USB,SDIO,RNG等的时钟频率
//Fs:PLL输入时钟频率,可以是HSI,HSE等.
//plln:主PLL倍频系数(PLL倍频),取值范围:64~432.
//pllm:主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频),取值范围:2~63.
//pllp:系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2,4,6,8.(仅限这4个值!)
//pllq:USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2~15.
//外部晶振为8M的时候,推荐值:plln=336,pllm=8,pllp=2,pllq=7.
//得到:Fvco=8*(336/8)=336Mhz
// SYSCLK=336/2=168Mhz
// Fusb=336/7=48Mhz
//返回值:0,成功;1,失败
void Stm32_Clock_Init(u32 plln,u32 pllm,u32 pllp,u32 pllq)
{
HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStructure;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStructure;
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能PWR时钟
//下面这个设置用来设置调压器输出电压级别，以便在器件未以最大频率工作
//时使性能与功耗实现平衡。
__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);//设置调压器输出电压级别1
RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; //时钟源为HSE
RCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON; //打开HSE
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;//打开PLL
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;//PLL时钟源选择HSE
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLM=pllm; //主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频),取值范围:2~63.
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLN=plln; //主PLL倍频系数(PLL倍频),取值范围:64~432.
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLP=pllp; //系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2,4,6,8.(仅限这4个值!)
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLQ=pllq; //USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2~15.
ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化
if(ret!=HAL_OK) while(1);
//选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2
RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;//设置系统时钟时钟源为PLL
RCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;//AHB分频系数为1
RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV4; //APB1分频系数为4
RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2; //APB2分频系数为2
ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_5);//同时设置FLASH延时周期为5WS，也就是6个CPU周期。
if(ret!=HAL_OK) while(1);
//STM32F405x/407x/415x/417x Z版本的器件支持预取功能
if (HAL_GetREVID() == 0x1001)
{
__HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE(); //使能flash预取
}
}usart.c为串口传输的配置函数,包括了UART 初始化设置，GPIO端口设置，串口中断服务入口函数，函数的调用过程为：
usart.h：
#ifndef _USART_H
#define _USART_H
#include "sys.h"
#include "stdio.h"
//
//
#define USART_REC_LEN 200 //定义最大接收字节数 200
#define EN_USART1_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收
extern u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.末字节为换行符
extern u16 USART_RX_STA; //接收状态标记
extern UART_HandleTypeDef UART1_Handler; //UART句柄
#define RXBUFFERSIZE 1 //缓存大小
extern u8 aRxBuffer[RXBUFFERSIZE];//HAL库USART接收Buffer
//如果想串口中断接收，请不要注释以下宏定义
void uart_init(u32 bound);
#endif
usart.c：
#include "usart.h"
#include "delay.h"
//
//如果使用os,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h" //os 使用
#endif
//
//
//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB
//#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
//标准库需要的支持函数
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕
USART1->DR = (u8) ch;
return ch;
}
#endif
#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
//串口1中断服务程序
//注意,读取USARTx->SR能避免莫名其妙的错误
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
//接收状态
//bit15， 接收完成标志
//bit14， 接收到0x0d
//bit13~0， 接收到的有效字节数目
u16 USART_RX_STA=0; //接收状态标记
u8 aRxBuffer[RXBUFFERSIZE];//HAL库使用的串口接收缓冲
UART_HandleTypeDef UART1_Handler; //UART句柄
//初始化IO 串口1
//bound:波特率
void uart_init(u32 bound)
{
//UART 初始化设置
UART1_Handler.Instance=USART1; //USART1
UART1_Handler.Init.BaudRate=bound; //波特率
UART1_Handler.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B; //字长为8位数据格式
UART1_Handler.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1; //一个停止位
UART1_Handler.Init.Parity=UART_PARITY_NONE; //无奇偶校验位
UART1_Handler.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE; //无硬件流控
UART1_Handler.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX; //收发模式
HAL_UART_Init(&UART1_Handler); //HAL_UART_Init()会使能UART1
HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, (u8 *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE);//该函数会开启接收中断：标志位UART_IT_RXNE，并且设置接收缓冲以及接收缓冲接收最大数据量
}
//UART底层初始化，时钟使能，引脚配置，中断配置
//此函数会被HAL_UART_Init()调用
//huart:串口句柄
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
if(huart->Instance==USART1)//如果是串口1，进行串口1 MSP初始化
{
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //使能GPIOA时钟
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); //使能USART1时钟
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_9; //PA9
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //高速
GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF7_USART1; //复用为USART1
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure); //初始化PA9
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_10; //PA10
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure); //初始化PA10
#if EN_USART1_RX
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); //使能USART1中断通道
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,3,3); //抢占优先级3，子优先级3
#endif
}
}
//回调函数是一种特殊的函数，它在特定事件发生时由系统或库调用，而不是由程序显式调用。在这种情况下，当串口接收完成时，HAL 库会自动调用 HAL_UART_RxCpltCallback 函数。
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart->Instance==USART1)//如果是串口1
{
if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
{
if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
{
if(aRxBuffer[0]!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
}
else //还没收到0X0D
{
if(aRxBuffer[0]==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=aRxBuffer[0] ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
}
}
}
}
}
//串口1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void)
{
u32 timeout=0;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //使用OS
OSIntEnter();
#endif
HAL_UART_IRQHandler(&UART1_Handler); //调用HAL库中断处理公用函数
timeout=0;
while (HAL_UART_GetState(&UART1_Handler) != HAL_UART_STATE_READY)//等待就绪
{
timeout++;超时处理
if(timeout>HAL_MAX_DELAY) break;
}
timeout=0;
while(HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, (u8 *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE) != HAL_OK)//一次处理完成之后，重新开启中断并设置RxXferCount为1
{
timeout++; //超时处理
if(timeout>HAL_MAX_DELAY) break;
}
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //使用OS
OSIntExit();
#endif
}
#endif 函数运行逻辑为：当接收到从电脑发过来的数据，把接收到的数据保存在 USART RX BUF 中，同时在接收状态寄存器(USART RX STA)中计数接收到的有效数据个数，当收到回车(回车的表示由2个字节组成:0X0D 和 0X0A)的第一个字节 0XOD时，计数器将不再增加，等待0X0A 的到来，而如果 0XOA 没有来到，则认为这次接收失败，重新开始下一次接收。如果顺利接收到 0XOA,则标记 USART RX STA 的第 15 位，这样完成一次接收，并等待该位被其他程序清除，从而开始下一次的接收,而如果迟迟没有收到0XOD,那么在接收数据超过USART REC LEN的时候,则会丢弃前面的数据，重新接收。
程序运行结果（需要串口调试助手）：
作者：是烽
