基于STM32CubeMX和keil采用USART/UART实现非中断以及中断方式数据回环测试借助CH340以及XCOM

前言

这篇博客从串口通信的接口讲起，阐述原理，介绍通信方式，最后上机测试。
本篇博客主要以异步通信为例。

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1. 接口概述

串口分为很多种，我们STM32学习过程中常见的就是UART/USART，前者是同步模式，后者是异步模式。还有RS485,RS232这种也是串口。我们平常使用的串口模块，大多都是类似于USB转TTL模块，为什么叫USB转TTL而不是USB转串口，因为MCU上的串口是逻辑电平（TTL或者CMOS电平），MCU和模块的通信通过逻辑电平的串口信号线直接连接。所以两种叫法，后者包含前者。前者更为常用。

1.1 USART/UART接口

下面是USART/UART对应的一般接口图

各个引脚说明如下：
请注意各个箭头方向。

引脚标识	引脚含义	备注
TX	串行输出信号	MCU向对方设备发送数据
RX	串行输入信号	MCU接收对方设备发送的数据
nCTS	允许发送信号	低电平有效，是对方设备发来的信号。如果nCTS为低电平，则表示对方设备准备好了接受数据，本机可以发送数据了；否则，不能发送数据。
nRTS	请求发送信号	低电平有效，是发送给给对方设备的一个信号。如果本机准备好了接受数据，则将nRTS置为低电平，通知对方设备可以发送数据了
SCLK	发送器输出的时钟信号	时钟信号线仅用于同步模式，USART没有这个引脚，UART有。

上面的图和表是串口最全的情况，是带有硬件流控制，同时又是同步模式的情况。
其实一般我们使用异步模式，并且没有硬件流控制。所以上面的5个引脚，最常用的只有RX,TX。
拿USB转TTL模块来举例，我们只需要接RX,TX,GND,VCC四个脚就行。这里RX和TX注意要交叉接，主机的TX接从机的RX，从机的TX接主机的RX。这个也很好理解，就是数据发送与接收的方向。

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1.2 串口通信参数

串口发送数据是以数据帧的方式发送数据，下图是以传输一个8为字长的数据帧的时序图。

参数说明：
数据位：8位/9位，一般设置为8位，即8bit，即1byte。这样一帧传输1字节的有效数据。
奇偶校验位：可以无奇偶校验位，也可以设置奇校验或者偶校验。
停止位：1个或者2个停止位，一般设置为1个停止位。
波特率：串行数据传输的速率，单位是bit/s，常用的波特率有9600、19200、115200等。最高波特率的计算是根据时钟来的。一个串口单元的时钟由APB1或APB2总线提供，所以挂在不同APB总线上的串口单元的最高波特率不同。

1.3 波特率计算

$$\text{波特率}=\frac{\text{时钟频率}}{(\text{UART的分频因子}\times \text{过采样次数})}$$

分频因子我查了一下，使用STM32CubeMX似乎是自动配置的，我就没有管了。
不过手动配置多少的话，可以算。
比如波特率115200，时钟频率100MHz，过采样次数16
算出来的UART的分频因子大约为54.2534，四舍五入到最近的整数。即54

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2. 传输函数

这一小节主要介绍一下串口传输数据的三种方式对应的函数

传输类别	函数名	功能说明
阻塞式传输	HAL_UART_Transmit()	阻塞方式发送一个缓冲区的数据，发送完成或超时后才返回
	HAL_UART_Receive()	阻塞方式将数据接收到一个缓冲区，接收完成或擦手后才返回
中断方式传输	HAL_UART_Transmit_IT()	以中断方式(非阻塞式)发送一个缓冲区的数据
	HAL_UART_Receive_IT()	以中断方式(非阻塞方式)将指定长度的数据接收到一个缓冲区
DMA方式传输	HAL_UART_Transmit_DMA()	以DMA方式发送一个缓冲区数据
	HAL_UART_Receive_DMA()	以DMA方式将指定长度的数据接收到缓冲区
	HAL_UART_DMAPause()	暂停DMA传输过程
	HAL_UART_DMAResume()	继续先前暂停的DMA传输过程
	HAL_UART_DMAStop	停止DMA传输过程

上表中我只列举了函数名称，对于其中的参数并没有详细介绍，具体参数可以参考对应的驱动文件。

3. 回环测试

简单的回环测试，先接收上位机PC用XCOM发来的信息，再把数据发回去。

3.1 上位机环境配置

使用的是CH340，安装驱动。


如果出现预安装成功，但是你用USB接开发板之后没反应，不妨换一根数据线（我这里踩坑饿了），有些垃圾数据线不支持协议。

XCOM的话，点击就能用，主要是上下位机的波特率要一致。

3.2 阻塞模式

使用到的函数为

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

函数对应的参数说明如下：
UART_HandleTypeDef *huart： 串口响应对象
const uint8_t *pData：发送/接受的数据
uint16_t Size：发送/接收数据的大小
uint32_t Timeout：发送或接收数据超时时间。超时后结束函数。

测试代码

uint8_t testBuf[5]="hello";
uint8_t receiveBuf[20]={0};
while (1){		if(HAL_UART_Receive(&huart1,receiveBuf,sizeof(testBuf),100)==HAL_OK)	{HAL_UART_Transmit(&huart1,receiveBuf,sizeof(testBuf),100);}/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}

3.3 中断模式

使用到的函数为

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)

函数对应的参数说明如下：
UART_HandleTypeDef *huart： 串口响应对象
uint8_t *pData：发送/接受的数据
uint16_t Size：发送/接收数据的大小

测试代码

uint8_t testBuf[5]="hello";
uint8_t receiveBuf[20]={0};
while (1){		if(HAL_UART_Receive_IT(&huart1,receiveBuf,sizeof(testBuf))==HAL_OK)	{HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,receiveBuf,sizeof(testBuf));}/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}

4. STM32CubeMX配置

4.1 时钟配置

4.2 调试配置

4.3 串口引脚配置

开启中断

4.4 工程配置

5. 测试效果

使用中断还是阻塞，在这个回环测试都一个效果。

6. 不借助上位机回环测试

原始版本，这个代码和上面的很类似，不同的地方在于硬件的连接。

uint8_t testBuf[5]="hello";
uint8_t receiveBuf[20]={0};
while (1){HAL_UART_Transmit(&huart1,testBuf,sizeof(testBuf),100);HAL_UART_Receive(&huart1,receiveBuf,sizeof(testBuf),100);
}

我这里将STM32F407ZET6的TX1直接接到RX1上了，按道理来说这样的效果使用debug来看的话，receiveBuf接收到的值应该是"hello"，但是实际效果却不是这样的，我用debug来看，得到的数据却一直是h。后面的数据根本过不来。我一开始以为是发送需要时间，我没给延时，后来给了延时也是一样的效果。

按照显示的现象，我修改了部分代码

for(int i=0;i<sizeof(testBuf);i++)
{HAL_UART_Transmit(&huart1,testBuf+i,sizeof(testBuf),100);HAL_UART_Receive(&huart1,receiveBuf+i,sizeof(testBuf),100);
}

改完后，再用debug来看，发现数据正常了。

一直不太明白为什么，目前自己暂时认为，GPIO脚一次只能接受1bit数据，虽然每次发送了5个数据，但是只能收一个数据，这就导致只能收到h这个数据。
后来用了个for循环，其实就是多次发送，每次接受不同位置的数据，达到我们最终想要的效果。

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总结

这个平时用的时候没有遇到第六小节的情况，因为都是借助上位机以及对应的USB转TTL做的测试。只关注了波特率，校验位等配置。没有过多考虑TX直接RX这种情况。这次出现的问题还有待确切的答案，暂时只能先这样认定。