STM32与Python上位机通过USB虚拟串口通信

前言

在详细阅读广大网友的教程之后，我对STM32和Python通过USB通信的流程烂熟于心。
尝试用ST公司的NUCLEO-L476RG板子进行简单的回环通信测试，发现还是存在网上无法找到的问题，这个耽搁了几天，期间找到了原因，但没有焊接调试，所以暂时就不以它为例子进行写了。

后采用正点原子的F103最小系统板进行demo测试，成功了。流程都是类似，所以这里做一个记录。

---

1. 查看原理图

新建工程前，我们需要对芯片的USB脚进行查询，通过查看原理图可以看到USB的DP与DM脚对应的芯片引脚，以及DP,DM脚在哪里使用到，这个就为我们插USB数据线进行通信测试打下了基础。

DP，DM啥意思呢？是D+，D - ;是Data +，Data - ;是数据接收与发送的正负方向。

正点原子的原理图如下所示：

通过原理图我们可以看到数据的传输是通过USB-SLAVE进行的，也就是实物图红框部分。

这个板子稍有些搞人的地方在于，这个红框部分不是烧录引脚，烧录是通过另一个microUSB脚。
我写这个是因为一开始用上面的microUSB口接电脑烧录发现无法烧录，后来仔细看板子的标识，上面对每一个口进行了标注，红框部分是USB_TTL，没标框部分是USB_DEVICE。我们通常使用ST-Link和串口进行烧录，这里TTL对应的接口是串口，DEVICE接口只是作为通信部分。

2. 新建工程

工程采用STM32CubeMX进行自动生成，配置直接看图即可。

因为只是做了个回环测试，所以这里我们根据上面看的原理图只需要进行相应端口配置即可。
选择引脚，配置功能

USB两个引脚配置成功后。

---

设置外部晶振，用来产生时钟信号。

---

设置调试模式，使用SW接口。

---

设置STM32的USB模式和配置，默认即可。

---

设置虚拟串口通信

看过很多教程，他们还会在这里设置一个中断使能，我没设置，但最后效果一样。

---

配置一下时钟树

直接在第二个红箭头那里拉到最高即可，其余点确定，不用管，软件会自动配置好。

---

设置一些项目配置，堆栈大小的话，如果只和我一样做个通信测试，其实小点就小点无所谓。如果你代码写了不少，出现USB插上以后无法识别等情况，这个堆栈大小可以调大，比如都为0x1000。

---

这里配置代码生成所需要的库，以及.c和.h文件是否分开存放。

---

这些都配置好了？那就点击。

---

3.添加代码与烧录

因为是做回环测试，所以我们只需要在接受数据的时候把数据发送回去就行。
找到usb_cdc_if.c文件，
260行左右有个CDC_Receive_FS函数，
在return语句前一句添加CDC_Transmit_FS(Buf,*Len);

重新编译后，进行烧录可能会报错。

我这个最小系统班的构造有些独特，所以我keil里面直接烧录就出错了。
这个时候我们可以通过生成hex文件进行烧录，hex文件的生成设置是在魔术棒里设置的。

然后我们可以用串口工具，比如：FlyMcu(正点原子自带的),选择hex文件烧录就行了。我这个板子烧录需要改变接口到USB_TTL部分，其他型号板子可能问题都不太一样，大同小异，看清原理图就知道了。下图还有个Port:可以点击一下选择自己的串口对应的端口。我这里烧录口对应的端口为COM8

---

4. python代码编写

从机的相关配置在前三步已经OK了，下面就是上位机的部分了。

python编写上位机通信，我这里主要是通过第三方库pyserial，这个安装如果失败了可以参考《python pycharm安装包失败 使用pip安装失败 解决方案》

我们把STM32的端口换到USB_DEVICE口，对应的电脑上串口在电脑上的标识就可以通过右键此电脑->管理查询到。下图中我的板子对应的是虚拟串口COM16

---

找到这个有什么用呢？那当然是配置上位机端口ID用呀。
代码已经贴在下面了，下面是具体说明。
1.导入第三方库
2.定义串口通信初始化函数，这里deviceId的值就是我们刚才在设备管理器中看到的端口号。
3.定义一个串口，并进行初始化。这里注释了很多语句，因为我们用的是USB虚拟串口通信，这个波特率什么的其实作用不是很大。注释的语句分别表示：配置波特率为115200、是否分组、停止位的大小、字节大小、超时配置。
4.刷新缓存输入，返回定义好的串口。
5.写数据并配置编码方式。这里发送的数据一般都是ascii或者16进制进行发送，字符串我试过了似乎无法直接发送。
6.判断有无数据返回，如果返回的数据就是我们发送的数据则输出nice，否则就一直发送。这样写是为了调试方便，没上面其他意思。

import serial.tools.list_ports
# 定义USB通信初试化函数
def Serial_Init():
    deviceId = 'COM16'
    ser = serial.Serial(
        port=deviceId,
        #baudrate=115200,
        #parity=serial.PARITY_NONE,
        #stopbits=serial.STOPBITS_TWO,
        #bytesize=serial.EIGHTBITS,
        #timeout=None
    )
    ser.flushInput()
    return ser


ser = Serial_Init()
ser.write("11".encode('ascii'))
flag = False
while not flag:
    if ser.inWaiting() > 0:
        text = ser.read(ser.inWaiting())
        if text[0:2] == str("11").encode('ascii'):
            flag = True
            print("nice")

    else:
        ser.write("11".encode('ascii'))

执行成功后就会出现这样的结果。

---

总结

本文可以说是上位机从0开始记录了，怎么看原理图，怎么配工程，写代码等等。都是我一步一步踩坑走来的，虽然回首看去比较简单，但总归还是收获颇丰。
这一次尝试让我对上位机通信的具体流程有了一定的了解，后面具体运用之类的还会涉及到很多协议的上位机通信，到时候整明白了再做记录。

---

问题解决思路

这里对于我NUCLEO-L4768RG板子的一些问题，当时看遍了互联网也没找到的解决方案，但是看到了其他的一些问题与解决方案。

大体如下：
1.如果USB配置为全速模式，要接一个上拉电阻，我查了一下是在芯片手册里面有写，这个具体情况具体考虑，这里只写一下解决问题的思路。

2.如果出现USB无法识别或带问号的设备，考虑是否安装驱动，堆栈是否设置过小。

3.NUCLEO-L4768RG的有两个芯片，STM32F103CBT6和STM32L476RG两块，这里比较坑爹的地方就是板子烧写的代码是烧写到L476里面，但是唯一的USB供电以及烧录的端口是在F103上面。L476上面的DP，DM引脚没有接东西，只有两个空着的引脚；
我现在的思路是用一个USB的口，后面飞线大法，直接接到排针上面进行通信。理论上应该可行，就是实现起来稍微有点麻烦。
因此我这个博客写的是F103的最小系统板，其实主要是为了验证通信的流程以及功能。