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7.串口通信uart编写思路及自定义协议

news 2025/7/14 20:58:07

前言：

串口是很重要的，有许多模块通信接口就是串口，例如gps模块，蓝牙模块，wifi模块还有一些精度比较高的陀螺仪模块等等，所以学会了串口之后，这些听起来很牛批的模块都能够用起来了。此外，单片机的之间的通信，也大多用串口，如距离比较长的RS485,RS232,光纤通信等等有线通信，也只是电平转换芯片不一样，但是代码层面完成是一样的，作为单片机开发串口是很必要熟练的。在学习的第二阶段，尽量还是照着手册来编写代码，或者说，根据自己的思路来嫖代码，而不是像初次学习一样代码、思路都嫖别人的。这样才能最大限度的检验自己的能力，当然，做项目怎样都成，怎么方便怎么来。

思路：

下面就来记录记录我个人的编码思路，首先由下图可以看到，串口的模式还是挺多的：

这样相应的寄存器也就必然很多，所以从一开始就需要明确我们需要的是哪种模式，然后就只关注这个模式，与之无关的寄存器都可以忽略，如此编码就简单清晰了。以最常用的异步模式为例：

手册没有讲初始化流程，所以只能按照经验来写代码了，回忆串口无非就是：串口时钟使能，配置数据位，停止位等，配置波特率，使能串口，从寄存器读出数据/向寄存器写入数据。一般为了方便数据处理，还加一个接收中断。但是~串口不只是串口，还涉及GPIO初始化，GPIO复用配置。

1.初始化GPIO相关配置

三部曲：时钟，IO，复用啥

GPIOx->AFR这个寄存器就是将某个GPIO管脚复用成指定功能的。下面AF虽多，但是要根据数据手册引脚说明来选，芯片没有设计的当然选了也没用。我没有在手册找到AF对应的是什么，不过正点原子的代码有写，也不知哪里找的。

//AF0~15设置情况(这里仅是列出常用的,详细的请见407数据手册,56页Table 7):
//AF0:MCO/SWD/SWCLK/RTC   AF1:TIM1/TIM2;            AF2:TIM3~5;               AF3:TIM8~11
//AF4:I2C1~I2C3;          AF5:SPI1/SPI2;            AF6:SPI3;                 AF7:USART1~3;
//AF8:USART4~6;           AF9;CAN1/CAN2/TIM12~14    AF10:USB_OTG/USB_HS       AF11:ETH
//AF12:FSMC/SDIO/OTG/HS   AF13:DCIM                 AF14:                     AF15:EVENTOUT

编码如下：

1.时钟
RCC->AHB1ENR|=1<<0;   	//GPIOA时钟附属于AHB1
2.IO  
GPIO_Set(GPIOA,PIN9|PIN10,GPIO_MODE_AF,0,0,0);//PA9,PA10,都配置为复用模式，其他电气属性如上下拉之类的可以根据需要配置，不配置也行的。
3.复用啥，直接用正点原子的函数，里面其实就是对GPIOx->AFRH和GPIOx->AFRL这两个寄存器进行编写，不过正点原子这个封装的挺好的，一目了然
GPIO_AF_Set(GPIOA,9,7);	//PA9,AF7
GPIO_AF_Set(GPIOA,10,7);//PA10,AF7

2.串口相关初始化

目的是：串口时钟使能，配置数据位，停止位,接收中断，使能串口等，配置波特率，从寄存器读出数据/向寄存器写入数据。

由手册第66页可知，USART1时钟隶属于APB2

1.使能串口1时钟

 RCC->APB2ENR|=1<<4;

2.配置波特率：

根据公式算，然后填到对应的位里面去

	float temp;u16 mantissa;    //整数部分u16 fraction;	 //小数部分temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV@OVER8=0mantissa=temp;				 //得到整数部分fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分@OVER8=0 mantissa<<=4;mantissa+=fraction; USART1->BRR=mantissa; 	//波特率设置

这个是正点原子那嫖的，适用于多种时钟，多种波特率的情况，挺好用的。

3.配置数据位，停止位，中断等

USART_CR1检索：只看和异步通信有关的位，其他的不管

bit[2]: 接收使能

bit[3]: 发送使能

bit[5]: 接收中断使能

bit[10]: 关/开奇偶检验

bit[12]: 置零：1 起始位，8 数据位，n 停止位

bit[13]: 串口关闭/使能，后面记得给这个串口中断分组以及设置优先级

bit[15]: 0:16倍过采样率，1：8倍过采样率，这个是和波特率计算有关的，设为0

其他就无所谓了，好像这个寄存器就完全够配置我们所需了

USART1->CR1 = 0<<15 | 1<<13 | 0<<12 | 0<<10 | 1<<5 | 1<<3 | 1<<2 ;
//中断分组及优先级，中断后面有时间再讲（其核心思想就是分组，中断线，设优先级三部曲）
MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2，最低优先级

4.完整的串口初始化代码如下：

void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)
{ float temp;u16 mantissa;u16 fraction;	   //1.GPIO初始化相关RCC->AHB1ENR|=1<<0;   	//使能PORTA口时钟  GPIO_Set(GPIOA,PIN9|PIN10,GPIO_MODE_AF,0,0,0);//PA9,PA10,复用功能GPIO_AF_Set(GPIOA,9,7);	//PA9,AF7GPIO_AF_Set(GPIOA,10,7);//PA10,AF7  //2.使能串口1时钟 RCC->APB2ENR|=1<<4;  	//3.波特率设置temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV@OVER8=0mantissa=temp;				 //得到整数部分fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分@OVER8=0 mantissa<<=4;mantissa+=fraction; USART1->BRR=mantissa; 	//波特率设置	 //4.配置数据位，停止位，中断等USART1->CR1 = 0<<15 | 1<<13 | 0<<12 | 0<<10 | 1<<5 | 1<<3 | 1<<2 ;//中断分组及优先级，中断后面有时间再讲（其核心思想就是分组，中断线，设优先级三部曲）MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2，最低优先级 
}

运行效果：

其他代码不改动，换上自己思路写的代码运行ok：

3.中断服务函数

a.它最原始的模样：

void USART1_IRQHandler(void)
{u8 res;	if(USART1->SR&(1<<5))//接收到数据的标志置1---->>有数据{	 res=USART1->DR; //取出接收到的数据---->>1B} }

如果要发送数据，可以编写如下：

u8 res;
USART1->DR = res;//要发送的数据  1B
while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束

b.正点原子给的：

u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];     //里面存着接收到的数据u16 USART_RX_STA=0;                 //是否有数据标志+接收到的字节数//下面这个不用改它，原封不动放代码里就能用
void USART1_IRQHandler(void)
{u8 res;	if(USART1->SR&(1<<5))//接收到数据{	 res=USART1->DR; if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成{if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d{if(res!=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(res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;else{USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=res;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	  }		 }}  		 									     } }

其中：

判断有无数据接收：

		if(USART_RX_STA&0x8000){。。。。。。}

得知数据共有多少B：

int len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度

数据存放的数组：

USART_RX_BUF[]

相对来说以及挺方便的了~下面还有一个比赛常用的，自定义的协议

c.自定义协议：

首先在usart.c中加入变量：

/*更改变量 BEGIN-- */
uint8_t uart1_rxbuff;//引入该.h可使用
uint8_t uart2_rxbuff;//引入该.h可使用
uint8_t uart3_rxbuff;//引入该.h可使用uint8_t sendBuf[1]; 
u8 uart1_sdbuffer[11]={0x2c,0x12,0x11,0x22,0x33,0x5b,0,0,0,0};//从索引2开始赋值
/*更改变量 END-- */

在usart.h中导出方便别的文件使用：

extern uint8_t uart1_rxbuff;
extern uint8_t uart2_rxbuff;
extern uint8_t uart3_rxbuff;extern uint8_t uart1_sdbuffer[11];

下面是协议解析函数，自定义的协议是：

协议头0x2c,0x12

协议尾0x5b，想要让协议数据位变多，只需要修改变量RxBuffer1[]的定义即可

//解析接收的数据 最多11哥，两个帧头，一个帧尾，其他是数据位
void Portocol_Receive_Data(uint8_t com_data)
{uint8_t i;static uint8_t RxCounter1=0;//计数static uint8_t RxBuffer1[11]={0};static uint8_t RxState = 0;	static uint8_t RxFlag1 = 0;u8 pi=0;//printf("%x\t",com_data);//打印调试if(RxState==0&&com_data==0x2C)  //0x2c帧头 RxCounter1==1{RxState=1;RxBuffer1[RxCounter1++]=com_data;  }else if(RxState==1&&com_data==0x12)  //0x12帧头 RxCounter1==2{RxState=2;RxBuffer1[RxCounter1++]=com_data;}else if(RxState==2)//开始接收数据位{                     RxBuffer1[RxCounter1++]=com_data;if(RxCounter1>=10||com_data == 0x5B){//RxCounter1-1是帧尾if(RxBuffer1[RxCounter1-1] == 0x5B)//接收到贞结尾了{/* USER CODE BEGIN 2 */
//                    for(i = 0; i <= 10; i++)
//                    {
//                        printf("%x\t",RxBuffer1[i]);
//                    }
//                    printf("\r\n");USART1_Portocol_Send_Data();
//                    printf("\r\n");/* USER CODE END 2 */RxFlag1 = 0;RxCounter1 = 0;RxState = 0;}else   //接收错误{RxState = 0;RxCounter1=0;for(i=0;i<11;i++){RxBuffer1[i]=0x00;      //将存放数据数组清零}}}}else   //接收异常{RxState = 0;RxCounter1=0;for(i=0;i<10;i++){RxBuffer1[i]=0x00;      //将存放数据数组清零}}
}

中断服务函数是这样滴：

void USART1_IRQHandler(void)
{if(USART1->SR&(1<<5))//接收到数据{	uart1_rxbuff = USART1->DR;Portocol_Receive_Data(uart1_rxbuff);}
}

另外还有一个协议配套的发送函数：

要修改发送的内容只需修改uart1_sdbuffer数组的内容即可：

//串口X发送函数
void USART1_Portocol_Send_Data(void)
{u8 i;for(i = 0; i <= 10; i++){USART1->DR=uart1_sdbuffer[i];//要发送的数据  1Bwhile((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束}
}

效果如下：

在协议代码中，下面这部分就是给你自由发挥的，进到这段代码里说明成功接收到了按协议格式发来的信息;

4.拓展到其他串口：

复用到其他的串口也很简单，仿照把发送呀接收呀里面的寄存器改一改就行了

比赛常用的还是自定义协议的串口，比如双车用蓝牙通讯呀，或者stm32和openmv通讯，几乎都要自己写一个协议去收发数据，这样才会可靠。

完~

前言：

思路：