stm32和python串口数据收发

1-1 串口发送端（stm32）

1字符串发送

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{/* Check the parameters */assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));assert_param(IS_USART_DATA(Data)); /* Transmit Data */USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);
}
/*****************  发送一个字符 **********************/
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{/* 发送一个字节数据到USART */USART_SendData(pUSARTx,ch);/* 等待发送数据寄存器为空 */while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);	
}/*****************  发送字符串 **********************/
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{unsigned int k=0;do {Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );k++;} while(*(str + k)!='\0');/* 等待发送完成 */while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET){}
}
/************状态：电机速度、位置和角位移传感器的速度、位置*****************/	 #define LPF(x, f, c) (c*x + (1-c)*f)  // 滤波motor_position = Read_Encoder_Angle(Encoder);sensor_position = Get_Adc_Average_Angle(Adc);motor_velocity = Read_Encoder_Speed(Encoder);sensor_velocity = Get_Adc_Average_Speed();pc_fil = LPF(motor_position, pc_fil,0.2f); vc_fil = LPF(motor_velocity, vc_fil,0.2f);ec_fil = LPF(sensor_position,ec_fil,0.2f);wc_fil = LPF(sensor_velocity,wc_fil,0.2f);/************** 串口发送数据方式一：使用字符串传输数据（整型和浮点型） **********************/				 sprintf(data_str, "%-8.4f, %-8.4f, %-8.4f, %-8.4f\n", pc_fil, ec_fil, vc_fil, wc_fil);Usart_SendString(USART1, data_str);

2 16进制传输（整型）

/************** 串口发送数据方式二：传输数据打包-16进制传输（整型） **********************/	
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{/* Check the parameters */assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));assert_param(IS_USART_DATA(Data)); /* Transmit Data */USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);
}uint8_t data_array[10];data_array[0] =  0x12;  // 帧头1data_array[1] =  0x34;  // 帧头2data_array[2] = (int)Encoder & 0xFF;         // 编码器低8位data_array[3] = ((int)Encoder >> 8) & 0xFF;  // 编码器高8位data_array[4] = (int)Adc & 0xFF;             // 编码器低8位data_array[5] = ((int)Adc >> 8) & 0xFF;      // 编码器低8位data_array[6] =  0x56;  // 帧尾1data_array[7] =  0x78;  // 帧尾2for(uint8_t  i = 0 ; i < 8; i++){USART_SendData(USART1, *(data_array + i));while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);  }

3 16进制传输（整型和浮点型）

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{/* Check the parameters */assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));assert_param(IS_USART_DATA(Data)); /* Transmit Data */USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);
}
/************** 串口发送数据方式三： 串口传输数据打包-16进制传输（整型和浮点型） **********************/		//函数功能：将一个浮点数转换为字节数组   倒序  大小端的问题
//入口参数：浮点数   字节数组
void FloatToByte(float floatNum, unsigned char* byteArry) {char* pchar = (char*)&floatNum;for (int i = 0; i < sizeof(float); i++) {*byteArry = *pchar;pchar++;byteArry++;}
}FloatToByte(motor_velocity, byteArry); // 8个字节数据data_array[0] =  0x12;  // 帧头1data_array[1] =  0x34;  // 帧头2data_array[2] = (int)motor_position & 0xFF;          // 电机位置低字节data_array[3] = ((int)motor_position >> 8) & 0xFF;   // 电机位置高字节/*电机速度为浮点型数据，将其十进制数转换为单精度浮点数是4个字节（32位），转换网站：http://www.styb.cn/cms/ieee_754.php*/data_array[4] = byteArry[0];	// 单精度浮点数第4个字节							data_array[5] = byteArry[1];	// 单精度浮点数第3个字节			 	data_array[6] = byteArry[2];	// 单精度浮点数第2个字节							data_array[7] = byteArry[3];	// 单精度浮点数第1个字节				data_array[8] =  0x56;  // 帧尾1data_array[9] =  0x78;  // 帧尾2for(uint8_t  i = 0 ; i < sizeof(data_array); i++) // 一个字节一个字节发送数据{USART_SendData(USART1, *(data_array + i));while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);  // 注意：此句是为防止数据还来不及发送，数据就被后面来的数据覆盖；等待发送完后继续发送下一个数据，没有过多的等待。}

4 仅发送浮点型小数

/**************串口发送数据方式四： 仅发送浮点型小数 **********************/
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{/* Check the parameters */assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));assert_param(IS_USART_DATA(Data)); /* Transmit Data */USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);
}//函数功能：将一个浮点数转换为字节数组   倒序  大小端的问题
//入口参数：浮点数   字节数组
void FloatToByte(float floatNum, unsigned char* byteArry) {char* pchar = (char*)&floatNum;for (int i = 0; i < sizeof(float); i++) {*byteArry = *pchar;pchar++;byteArry++;}
}
FloatToByte(motor_velocity, byteArry); // 8个字节数据
for(uint8_t  i = 0 ; i < sizeof(float); i++) // 一个字节一个字节发送数据
{USART_SendData(USART1, *(byteArry + i));while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET); // 注意：此句是为防止数据还来不及发送，数据就被后面来的数据覆盖；等待发送完后继续发送下一个数据，没有过多的等待。
}

1-2 串口接收端-python

接收数据：编码器（整型）、角位移传感器（整型）[对应1-1中的2]

# 从串口接收的数据为：编码器（整型）、角位移传感器（整型）
def read_serial_one_data_encoder_adc(ser):global receive_resultBUF_SIZE = 8buf = bytearray([0x12, 0x34, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x56, 0x78])c1 = ib = flag = 0while True:R = ser.read(1)# print("data", R)if R == b'':print("Read Fail")ser.close()breakc = int.from_bytes(R, byteorder='big') # 将接收的十六进制数转换为整数；注意，接收的十六进制会进行自动转换，如0x56是十六进制表示法，表示的是十进制数值86。而V是英文字母，它在ASCII码中的十进制表示是86。所以，0x56和V表示的是同一个字符。串口接收时会将0x56转化成V，它们实际上是同一个字符。if flag > 0:if ib < BUF_SIZE: # 位置标记ib要小于缓冲数组的最大值buf[ib] = c   # 将接收的数据保存在缓冲数组当中ib += 1       # 位置+1if ib == 8: # 如果当前位置为8，则说明数据缓冲区已满if buf[6] == 0x56 and buf[7] == 0x78: # 判断帧尾1和2是否满足规定值Encoder = (buf[3] << 8) + buf[2]  # 进行位操作。注意：buf[2]和buf[3]实际为十进制的数值，当进行位操作时，系统自动将其转换为十六进制进行位操作，最后结果仍为十进制数Adc= (buf[5] << 8) + buf[4]receive_result = [Encoder, Adc]  # 返回接收结果breakelse:print("CRC Fail")flag = 0if flag == 0:if c1 == 0x12 and c == 0x34: # 判断：是否接收到的帧头1和帧头2，且帧头1和2是否连续（帧头1在帧头2前面），若满足条件则开始接收flag = 1 # 接收数据标志位ib = 2   # 标记数据缓冲数据从第3位开始，即下标为2c1 = creturn receive_result  # 返回接收到的结果

接收数据：编码器（整型）、角位移传感器（浮点型）[对应1-1中的3]

# 函数功能：将一个字节数组转换为浮点数
# 入口参数：  字节数组
def Byte2Float(byteArry):floatNum = struct.unpack('f', byteArry)[0]return floatNum# 从串口接收的数据为：电机位置（整型）、电机速度（浮点型）
def read_serial_one_data_motor_position_velocity(ser):global receive_resultBUF_SIZE = 10buf = bytearray([0x12, 0x34, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x56, 0x78]) # 定义一个字节数组，用于将数据打包，进行串口传输c1 = c2 = ib = flag = 0while True:R = ser.read(1) # 从串口接收一个字节if R == b'':print("Read Fail")ser.close()breakc = int.from_bytes(R, byteorder='big') # 将接收的十六进制数转换为整数；注意，接收的十六进制会进行自动转换，如0x56是十六进制表示法，表示的是十进制数值86。而V是英文字母，它在ASCII码中的十进制表示是86。所以，0x56和V表示的是同一个字符。串口接收时会将0x56转化成V，它们实际上是同一个字符。if flag > 0:if ib < BUF_SIZE: # 位置标记ib要小于缓冲数组的最大值buf[ib] = c   # 将接收的数据保存在缓冲数组当中ib += 1       # 位置+1if ib == 10:       # 如果当前位置为10，则说明数据缓冲区已满if buf[8] == 0x56 and buf[9] == 0x78:motor_position = (buf[3] << 8) + buf[2]motor_veclocity = Byte2Float(buf[4:8])receive_result = [motor_position, motor_veclocity]breakelse:print("CRC Fail")flag = 0if flag == 0:if c1 == 0x12 and c == 0x34:# 判断：是否接收到的帧头1和帧头2，且帧头1和2是否连续（帧头1在帧头2前面），若满足条件则开始接收flag = 1  # 接收数据标志位ib = 2    # 标记数据缓冲数据从第3位开始，即下标为2c1 = creturn receive_result  # 返回接收到的结果

2-1 串口发送端python

action = bytearray([0x12, 0x34, 0x00, 0x00, 0x00, 0x56, 0x78])
action_ = int(control_motor(result[0], result[1]))
print("action_", action_)
# 将action转化成字符串
action[0] = 0x2D   # 帧头
action[1] = 0x01   # 校验位，具体未实现，用0x01替代
if action_ < 0:action[2] = 0x45   # 符号位action[3] = action_  & 0xFF    # 数据位action[4] = (action_ >>8) & 0xFF  # 数据位action[5] = 0x0d   # 0x56是十六进制表示法，表示的是十进制数值86。而V是英文字母，它在ASCII码中的十进制表示是86。所以，0x56和V表示的是同一个字符。action[6] = 0x0a   # 0x78是十六进制表示法，表示的是十进制数值120。而x是英文字母，它在ASCII码中的十进制表示是120。所以，0x78和x表示的是同一个字符。for byte in action: # 一个一个字节发送 ，一次发送多个字节容易出错ser.write(byte.to_bytes(1, 'big'))

2-2 串口接收端stm32

void USART1_IRQHandler(void)                	//串口1中断服务程序{if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾){Res = USART_ReceiveData(USART1);	//读取接收到的数据 0x2D，0x01，0x30，0x30，0x30，0x0D，0x0Aprintf("%02X", Res);if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成。当接收完成时，最高位会被置为1，表示接收结束。 {if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0D，开始执行以下代码。USART_RX_STA&0x4000判断USART_RX_STA的第14位（bit 14）是否为1。{if(Res!=0x0A){USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始memset(USART_RX_BUF,0,USART_REC_LEN);// 将数据缓冲区清0}else{ //接收到了0x0A，开始执行以下代码USART_RX_STA|=0x8000;	//接收完成了。将 USART_RX_STA 的第15位设置为1。这样做的目的是在接收到完整的数据时，将接收完成标志置为1，以便后续的处理程序可以知道数据已经接收完成，进行后序操作。if(USART_RX_BUF[0] == 0x2D && USART_RX_BUF[1] == 0x01 ) // 判断帧头是否正确、判断奇偶校验位是否正确 || USART_RX_BUF[1] == 0x01（USART_RX_BUF[1]为校验位，此处未定义，使用0x01替代，简化）{float value = 0;int16_t sign = 1;  // 符号标记，默认为‘+’if(USART_RX_BUF[2] == 0x45) // USART_RX_BUF[2]为符号位，当其等于0x45，即‘-’，表示其为负数{sign = -1;}value = (USART_RX_BUF[4] << 8) + USART_RX_BUF[3];// 将接收的十六进制数转换为十进制	action = sign * value; // 与符号标记做乘法，等到真实值USART_RX_STA = 0; 	memset(USART_RX_BUF,0,USART_REC_LEN); // 将数据缓冲区清0}else{USART_RX_STA = 0;	memset(USART_RX_BUF,0,USART_REC_LEN);// 将数据缓冲区清0}}								}else //还没收到0X0D{	if(Res==0x0D)USART_RX_STA|=0x4000; //当接收缓冲区溢出时，第14位会被置为1，表示接收缓冲区已满。|0x4000 = 0100 0000 0000 0000else{					USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res; // 将接收到的值存放在数据缓冲区中,和0X3FFF（16383）进行与运算。这样做的目的是将索引值限制在0到16383之间，避免超出数组的范围。USART_RX_STA++; // 一个16位的无符号整数变量，用于接收数据的状态变量。// USART_RX_STA 的第15位通常用于表示接收完成标志。if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1)) // 接收数据的状态变量USART_RX_STA > 串口接收长度USART_REC_LEN时，则接收数据错误,重新开始接收{USART_RX_STA=0;//接收数据的状态变量归0memset(USART_RX_BUF,0,USART_REC_LEN); // 清空接收数据缓冲区USART_RX_BUF}					}		 }}} 
}

调试过程中的问题总结

1、串口传输数据需按字节传输，不可一次性发送多个字节，如下所示：

action = bytearray([0x12, 0x34, 0x31, 0x32, 0x00, 0x56, 0x78])
ser.write(action )

在实际调试过程中，因为数据还来不及发送，数据就被后面来的数据覆盖了，导致实际接收的结果为0x12, 0x34,或0x12, 0x34, 0x32, 0x78。总之数据不完整。
因此改为每次发送一个字节，如下所示：

action = bytearray([0x12, 0x34, 0x31, 0x32, 0x00, 0x56, 0x78])
for byte in action: ser.write(byte.to_bytes(1, 'big'))

2、串口接收数据丢失，如发送固定数据为6900，偶尔会跳变为244或1等其他数据
经排查，此类情况为波特率设置过低导致的，将波特率设为较大值可解决此类情况。