代码收藏家技术教程 2024-11-01

stm32使用io口模拟串口通信

好久没写代码了，无聊再回顾回顾hal库的开发知识，所以使用io口模拟了串口通信。使用的是stm32f103c8t6，主要使用的就是俩gpio口、系统滴答定时器Systick用来延时、TIM2用来定时采样数据。

一、GPIO初始化TX和RX

使用PA1模拟RX，PA2模拟TX，由于串口通信空闲状态下为高电平，所以输入口配置为上拉输入

/*
		Function: io模拟串口初始化函数
*/
void MY_UART_INIT(void) {
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
	GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
	//配置tx PA2
	gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; //上拉
	gpio_init_struct.Pin = TX_PIN;
	gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
	//配置rx PA1
	gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
	gpio_init_struct.Pin = RX_PIN;
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
}

二、通过GPIO口模拟TX发送

发送的主要思路就是按数据帧格式发送，其中先发送起始位（低电平表示起始），然后发送8位数据位，最后发送停止位（高电平代表停止）。按照提前约定好的波特率，如本文设置1200波特率，则表示1秒发送1200个bit位，那么一个bit位的发送时间间隔就是1/1200=0.000833s，也就是833us，因此每发送一个bit位，延时833us，延时函数采用滴答定时器。

/*
		Function: 采用系统滴答定时器实现1us延时函数
*/
void delay_us(uint32_t nus) {
	HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);
	HAL_Delay(nus - 1);
	HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000);//延时完再改回去1ms
}

//系统滴答定时器的中断函数
void SysTick_Handler(void)
{
  HAL_IncTick();
}

/*
		Function: 串口发送字节函数
*/
void send_byte(uint8_t data) {
	set_tx(GPIO_PIN_RESET);//起始信号
	delay_us(833);//波特率为1200
	uint8_t count = 0;
	//低位发起
	while (count < 8) {
		if (data & 0x01)
			set_tx(GPIO_PIN_SET);
		else
			set_tx(GPIO_PIN_RESET);
		delay_us(833);
		data >>= 1;
		count++;
	}
	set_tx(GPIO_PIN_SET);//截止信号
	delay_us(833);
}

/*
		Function: 串口发送字符串函数
*/
void send_str(uint8_t *str) {
	while (*str != '\0') {
		send_byte(*str);
		str++;
	}
}

三、定时器初始化

定时器主要是用来采集RX的数据，预分频系数和重装载值根据波特率来配置，因为上面已经讲到1200波特率对应的采样间隔是833us，所以设置72分频，重装载值为833。至于计算的话，具体是：定时器2挂载在APB1总线上，时钟频率是72MHz，所以72分频后，每us计数1，重装载设置为833，就是每隔833us进入一次中断，可以在中断中对RX传输的每个bit进行采样，组合为实际的值，放入缓冲区中。

/*
		Function: 定时器2初始化
*/
void TIM2_Init(void)
{
  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 72 - 1;
  htim2.Init.Period = 833 - 1;
  HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
}

/*
		Function: 定时器2初始化回调函数
*/
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim) {
	__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
	//设置定时器中断的中断优先级
	HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 2, 0);
	HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
}

四、定时器中断采样RX接收数据

设置好定时器预分频系数和重装载值后，在中断函数中采样RX每个bit，然后组合为实际的byte，放入缓冲区中。

/*
		Function: TIM2定时器中断处理函数
*/
void TIM2_IRQHandler(void) {
	HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
}

//在中断处理函数中，识别每个bit的位置和状态，放入局部static变量data中
//一个完整的byte接收完后，放入缓冲区cache中
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
	if (htim->Instance == TIM2) {
		uint8_t temp = HAL_GPIO_ReadPin(RX_GPIOx, RX_PIN); //读取rx线的数据
		static uint8_t data = 0;
		static uint8_t cnt = 0;
		if (state == state_stop && !temp) { //下降沿且上一帧已结束，则表示新的帧开始
			state = state_start;
		} else if (state == state_start && cnt < 8) {
			if (temp) data |= (0x01 << cnt);
			else data &= ~(0x01 << cnt);
			cnt++;
		} else if (cnt == 8 && temp) { //停止位是高电平才算正常结束
			state = state_stop;
			cache[cache_len++] = data;
			data = 0;
			cnt = 0;
		} else {
			//此帧有问题，另作处理，这里不考虑有问题...
		}
		
	}
}

五、主函数

主函数中通过io模拟串口接收上位机传来的数据，并通过io口模拟串口发送出去

/******************************************************************
author: 				luo jincheng
date: 					2024/09/08
description:		
	1:	本文件是主程序入口，使用io口模拟串口通信
	2:	程序逻辑是上位机发送数据，程序收到后原样返回
******************************************************************/

extern uint8_t cache_len;
extern uint8_t cache[200];

int main(void) {
	HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	TIM2_Init();
	MY_UART_INIT();

	while (1) {
		//缓冲区不为空时（即接收到数据了），将缓冲区数据发送给上位机
		if (cache_len > 0) {
			for (int i = 0; i < cache_len; i++) {
				send_byte(cache[i]);
			}
			cache[0] = '\0';
			cache_len = 0;
		}
	}
}