stm32和python串口数据收发
0 串口基础配置（stm32F103）
void uart_init(u32 bound){
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //使能USART1时钟
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //复位串口1
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_USART1, DISABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能GPIOA时钟
//USART1_TX GPIOA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //TX PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
//USART1_RX GPIOA.10初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//RX PA.10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10
//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 3 ;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //子优先级1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 921600;//串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1
}
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1
data_array[1] = 0x34; // 帧头2
data_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1
data_array[7] = 0x78; // 帧尾2
for(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1
data_array[1] = 0x34; // 帧头2
data_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1
data_array[9] = 0x78; // 帧尾2
for(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_result
BUF_SIZE = 8
buf = bytearray([0x12, 0x34, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x56, 0x78])
c1 = ib = flag = 0
while True:
R = ser.read(1)
# print("data", R)
if R == b'':
print("Read Fail")
ser.close()
break
c = 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+1
if 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
break
else:
print("CRC Fail")
flag = 0
if 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2
c1 = c
return 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_result
BUF_SIZE = 10
buf = 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 = 0
while True:
R = ser.read(1) # 从串口接收一个字节
if R == b'':
print("Read Fail")
ser.close()
break
c = 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+1
if 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]
break
else:
print("CRC Fail")
flag = 0
if 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2
c1 = c
return 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，0x0A
printf("%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 0000
else
{
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0
memset(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。