STM32串口发送和接收多个数据教程基于气体传感器实战
前言
最近在做一个项目，需要去检测电缆沟里的各种气体浓度，于是采用了一个气体传感器，该传感器是RS485通信，于是需要实现将RS485转串口与STM32通信，MCU为STM32F429，485芯片为MAX3485。
一、串口的数据接收和发送
在这里我想把串口这一部分内容好好说一下，从事stm32开发已经好几年了，自以为对stm32已经掌握的很好了，后来才发现自己只是浮于表面，没有好好的深入学习stm32的底层
1.简介
串口是MCU至关重要的外部接口，同时也是软件开发过程中重要的调试工具，现在基本上所有的MCU都会带有串口。
串口的设置步骤：
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串口时钟使能，GPIO时钟使能。
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设置引脚复用器映射：调用GPIO_PinAFConfig函数。
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GPIO 初始化设置：要设置模式为复用功能。
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串口参数初始化：设置波特率，字长，奇偶校验等参数。
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开启中断并且初始化 NVIC，使能中断（如果需要开启中断才需要这个步骤）。
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使能串口。
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编写中断处理函数：函数名格式为 USARTxIRQHandler(x 对应串口号)。
关于7中的中断处理函数，有一个需要注意的，当使用的串口是USART时，中断处理函数名： USARTxIRQHandler(x 对应串口号)，当使用的串口时UART时，中断处理函数名： UARTxIRQHandler(x 对应串口号)，切记这点，否则会导致串口中断函数无法进入，而且DEBUG时该中断函数无法设置断点。
2.串口配置程序
我使用的是串口5，UART5，TX为PC12，RX为PD2
void Usart5_Init(u32 bound)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //1.GPIO口初始化
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; //串口初始化
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //中断初始化
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOD,ENABLE); //使能GPIOC时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UART5,ENABLE);//使能USART5时钟
//开启串口5对应IO引脚复用映射
GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_UART5);
GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_UART5);
//IO口初始化配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF ;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
//IO口初始化配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF ;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
//GPIO // RS485EN5，此处代码与RS485有关
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; //
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;//
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOD
//串口初始化配置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_Init(UART5,&USART_InitStructure);
USART_Cmd(UART5, ENABLE); //使能串口5
USART_ITConfig(UART5, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启相关中断
// USART5 NVIC初始化
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= UART5_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
3.串口发送程序
此处有多个发送程序，但是每个串口发送程序都是通过往UART5->DR寄存器里写数据来实现发送数据，接收同理，都是读UART5->DR寄存器的数据。 当需要发送数据时，在while中调用下面这些函数就可以。
/发送一个字节数据
//input:byte,待发送的数据
void UART5_send_byte(uint8_t byte)
{
while(USART_GetFlagStatus(UART5,USART_FLAG_TC)==RESET);//等待发送完成
//UART5->DR=byte; //byte
USART_SendData(UART5,byte);
}
//发送多字节数据
void UART5_Send_bytes(uint8_t *Buffer, uint8_t Length)
{
uint8_t i=0;
while(i<Length)
{
UART5_send_byte(Buffer[i++]);
}
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3); //USART5 SEND DATA 开关 1:send 0;receive
}
//发送多字节数据+校验和
void UART5_Send(uint8_t *Buffer, uint8_t Length)
{
uint8_t i=0;
while(i<Length)
{
if(i<(Length-1))
Buffer[Length-1]+=Buffer[i];//累加Length-1前的数据
if(i==(Length-1))
{
Buffer[Length-1]=Buffer[Length-1]&0xFF;
}
UART5_send_byte(Buffer[i++]);
}
}
4.串口接收数据
串口接收数据的方式有两种，1是采用轮询方式，2是采用中断方式。采用中断来接收串口数据不需要手动调用接收函数，因为串口的接收数据实在中断中所实现的，是需要编写中断函数和接收数据处理函数即可。
void usart5_data_analyse(u8 *buf,u8 num,u8 WhichGas) //串口接受数据处理程序
{
//接收数据处理函数，自己根据需求来填写
}
void UART5_IRQHandler(void) //中断处理函数，当发送中断时MCU自动调用该函数。
{
uint8_t res; static u8 i1=0;
if(USART_GetITStatus(UART5, USART_IT_RXNE) != RESET)//判断接收标志
{
res = UART5->DR;
UART5_RX_BUF[i1] = res;
i1++;
if(i1 > 17 )//
{
usart5_data_analyse(UART5_RX_BUF,18,WhichGas);//接收数据处理函数
i1=0;//缓存清0
UART5_RX_STA=1;
}
}
}
串口的中断接收数据方式有两种，一种是空闲中断IDLE，一种是RXNE（读数据寄存器非空），当RXNE位被置 1 的时候，就是提示已经有数据被接收到了并且可以读出来了。这时候我们要做的就是尽快去读取 USART_DR，通过读 USART_DR 可以将该位清零，也可以向该位写 0，直接清除。
5.USART框图
这个框图就很清楚的描述清楚了串口的数据收发过程，发送过程是1-->2-->3, 接收过程是：4-->5-->6
6.USART_SR串口状态寄存器
有几个寄存器需要了解一下。
TXE：发送数据寄存器为空 (Transmit data register empty)
当 TDR 寄存器的内容已传输到移位寄存器时，该位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存器
中 TXEIE 位 = 1，则会生成中断。通过对 USART_DR 寄存器执行写入操作将该位清零。
0：数据未传输到移位寄存器
1：数据传输到移位寄存器
TC：发送完成 (Transmission complete)
如果已完成对包含数据的帧的发送并且 TXE 置 1，则该位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存
器中 TCIE = 1，则会生成中断。该位由软件序列清零（读取 USART_SR 寄存器，然后写入
USART_DR 寄存器）。 TC 位也可以通过向该位写入‘0’来清零。建议仅在多缓冲区通信
时使用此清零序列。
0：传送未完成
1：传送已完成
RXNE：读取数据寄存器不为空 (Read data register not empty)
当 RDR 移 位 寄 存 器 的 内 容 已 传 输 到 USART_DR 寄 存 器 时，该 位 由 硬 件 置 1。如 果
USART_CR1 寄存器中 RXNEIE = 1，则会生成中断。通过对 USART_DR 寄存器执行读入
操作将该位清零。 RXNE 标志也可以通过向该位写入零来清零。建议仅在多缓冲区通信时使
用此清零序列。
0：未接收到数据
1：已准备好读取接收到的数据
IDLE：检测到空闲线路 (IDLE line detected)
检测到空闲线路时，该位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存器中 IDLEIE = 1，则会生成中
断。该位由软件序列清零（读入 USART_SR 寄存器，然后读入 USART_DR 寄存器）。
0：未检测到空闲线路
1：检测到空闲线路
ORE：上溢错误 (Overrun error)
在 RXNE = 1 的情况下，当移位寄存器中当前正在接收的字准备好传输到 RDR 寄存器时，该
位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存器中 RXNEIE = 1，则会生成中断。该位由软件序列清
零（读入 USART_SR 寄存器，然后读入 USART_DR 寄存器）。
0：无上溢错误
1：检测到上溢错误
二、USART转RS485
1.串口转RS485电路设计
采用MAX3485芯片实现串口转485.
需要注意的一点是，RE和DE引脚是用来控制数据的接收和发送，当RE和DE为高电平时，芯片处于发送状态，RE和DE为低电平时，芯片处于接收状态
三、实现USART发送和接收多个数据
串口发送和接受多个数据也是在单个发送和接收的基础上实现的，由于项目需要读取四个气体的浓度，所以需要串口分别发送四个数据请求并接受四个串口数据，注意数据的格式都是16进制
oid Get_Gas_Density(void) //该函数先延时100s，如何轮流发送四个数据并接受四个数据，接受数据是通过中断来实现
{
if(tx_times==1)
{
for(WaitTime=0;WaitTime<100;WaitTime++) //wait 30s
{
delay_ms(1000);
}
tx_times=2;
}
if(tx_times==2)
{
UART5_RX_STA = 0;
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3); //USART5 SEND DATA 开关 1:send 0;receive
delay_ms(50);
LED1=0;
WhichGas = 0;
UART5_Send_bytes( UART5_TX_BUF_1, 12);
LED1=1;
tx_times = 3;
delay_ms(1000);
}
else if((tx_times==3)&&(UART5_RX_STA))
{
UART5_RX_STA = 0;
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3); //USART5 SEND DATA 开关 1:send 0;receive
delay_ms(50);
LED1=0;
WhichGas = 1;
UART5_Send_bytes( UART5_TX_BUF_2, 12);
LED1=1;
tx_times = 4;
delay_ms(1000);
}
else if((tx_times==4)&&(UART5_RX_STA))
{
UART5_RX_STA = 0;
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3); //USART5 SEND DATA 开关 1:send 0;receive
delay_ms(50);
LED1=0;
WhichGas = 2;
UART5_Send_bytes( UART5_TX_BUF_3, 12);
LED1=1;
tx_times = 5;
delay_ms(1000);
}
else if((tx_times==5)&&(UART5_RX_STA))
{
UART5_RX_STA = 0;
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3); //USART5 SEND DATA 开关 1:send 0;receive
delay_ms(50);
LED1=0;
WhichGas = 3;
UART5_Send_bytes( UART5_TX_BUF_4, 12);
LED1=1;
tx_times=2;
delay_ms(1000);
}
else
{}
}
void usart5_data_analyse(u8 *buf,u8 num,u8 WhichGas) //串口接受数据处理程序
{
CalcDedmsoty[1] = (buf[11]&0x0f) * 100;
CalcDedmsoty[0] = ((buf[11]>>4)&0x0f) * 1000;
CalcDedmsoty[2] = (buf[12]&0x0f) ;
CalcDedmsoty[3] = ((buf[12]>>4)&0x0f) * 10;
GasDensity[WhichGas] = CalcDedmsoty[0]+CalcDedmsoty[1]+CalcDedmsoty[2]+CalcDedmsoty[3];
switch(buf[13])
{
case 0x00:
GasDensity[WhichGas] = GasDensity[WhichGas];
break;
case 0x01:
GasDensity[WhichGas] = GasDensity[WhichGas]/10;
break;
case 0x02:
GasDensity[WhichGas] = GasDensity[WhichGas]/100;
break;
case 0x03:
GasDensity[WhichGas] = GasDensity[WhichGas]/1000;
break;
}
}
void UART5_IRQHandler(void)
{
uint8_t res; static u8 i1=0;
if(USART_GetITStatus(UART5, USART_IT_RXNE) != RESET)//判断接收标志
{
res = UART5->DR;
UART5_RX_BUF[i1] = res;
i1++;
if(i1 > 17 )//
{
usart5_data_analyse(UART5_RX_BUF,18,WhichGas);
LED2=0;
i1=0;//缓存清0
UART5_RX_STA=1;
LED2=1;
}
}
}