STM32 CubeIDE 通信协议实验
(该文章主要基于UART串口通信)
Goal
实现UART串口的自发自收，即PC发送数据给STM32然后再传输，将CubeMX代码移植到CubeIDE中。
Background
UART（蓝牙模块） vs SPI（W25Q16 flash） vs IIC（MPU6050，OLED）
逻辑分析仪（抓波形，用于协议解码、调试）vs示波器（运算、模拟）
通信协议目的：协议双方进行数据交互，先编码，以电平形式在电线上传输，再解码
通信协议三种模式：1. 半双工（IIC）2. 全双工（UART, SPI）3. 单工（只能收或者只能发）
UART（异步通信）：
异步通信没有时钟，协定好每bit多少时间然后去采集，协定的时间叫做波特率，单片机和PC双方需协同一样的波特率。
TX发送端 RX接收端 GND标准口（作为电平高低参考值）
默认高电平，拉低电平为起始信号，传出8bits数据（人为设定数据位），采集到停止信号则拉高电平
图 1 UART异步通信
IIC（同步通信）：
SCL时钟 SDA传出数据、信号（这根线一个时间段只能一个从机使用）
SCL默认高电平，不像系统时钟一直有脉冲，SCL需要被触发。SDA默认高电平，当SDA先拉低作为起始信号，然后触发SCL也拉低，产生八个脉冲（人为设定8个数据位），也即上升沿采样，传出8bit数据，然后有第九个脉冲作为应答信号，第九个脉冲后有继续和停止两个选项，停止的话SCL先拉高，SDA随即拉高产生停止信号。继续和停止使用的编解码方式不一样。
可以实现一主多从，主机上的SCL和SDA对应不同的从机。每个从机有特定地址，发送地址锁定从机而对从机进行操作。
图 2 IIC
SPI：
片选CS MOSI MISO SCK
由一条数据线发送一条接受实现全双工
SCK，MISO，MOSI主机的三根线连到从机，用不同片选信号选中从机，即多根CS线，e.g. CS1控制从机1，CS2控制从机2，CS3控制从机3，如此类推。
CS拉低则选中对应从机，作为起始信号，CS拉高为停止信号。SCK在这之间产生时钟脉冲，SPI不一定上沿采样，可选择。一些重要参数的配置：CPHA=0用于设置第一个上升沿开始进行周期采样，CPHA=1为第一个下降沿开始进行周期采样；CPOL=0则SCK信号默认低电平，CPOL=1则SCK信号默认高电平。
图 3 SPI
通用同步异步收发器USART
UART vs USART：USART的信号线和时钟为同步的，而UART为异步通信。
图 4 USART框图
跨时钟域处理
STM32单片机通过CPU或DMA传到发送数据寄存器TDR，再发送到移位寄存器，在通过TX信号线将数据传输出去。
STM32接收数据则从RX信号线接收，先到移位寄存器，再到接收数据寄存器RDR，再传输到CPU。CPU工作时钟168MHz，USART1挂载在APB2上即84MHz，RX为一周期115200波特率，即11.52MHz和84MHz不匹配，因此引入寄存器，先让信号放入FIFO中缓存，为第一个时钟域，慢信号被缓存再被快速采集。
图 5 USART1挂载在APB2时钟上
中断事件的一些事件标志位很重要，用于代码的理解。
图 6 USART中断请求的一些事件标志位
单片机传输发送数据可以直接发送。
单片机接收数据则要用中断，因为要做好准备接收，如果在while里面写接收程序，因为while里面除了接收程序还有其他程序，当运行到其他程序而数据传入时会无法接收，因此需要将接收程序写入中断，而中断可以看作是程序中有最高优先级的，所以将接收程序写进中断。
Experiment Steps
在芯片手册找到USART1_TX和USART1_RX对应的接口为PA9和PA10。将其设置为推挽输出，其他参数为默认值。
图 7 USART1对应接口
参数设置115200波特率 8bit数据位。
需要打开STM32的中断，使能USART1 global interrupt。
初始化串口设置中断。
RXNE寄存器判断是否接收到信息，调库USART_ReceiveData(USART1)，8bits接收数据，若采集到16bits数据，截取低8bits，因为人为设定数据位为8bits。高的8bits为零，低的8bits为接收数据。
通过检测回车加换行\r\n判断发送数据的结尾。
位宽：认为定义数据位为8bit，因为还有\r\n占两位，所以8+2=10bit，需要16bits接收。
编写程序时用debug一步步走，看到当接收1的时候对应了0x31（为1的ASCII码），它为ASCII码编码，若检测到\r则第14位（用16bits接收，0-15，所以倒数第二位为第14位）接收位设置为1，检测到\n则第15位接收位设置为1。
高位数据对应地址低位01000000... \r对应0x0d \n对应0x0a
传输的数值放到BUF中缓存
8000即\n位为1标志结束，将其通过串口发回来。
Code: (该代码部分参考了已有文章)
#include "main.h"
UART_HandleTypeDef huart1;
char RxBuf[4];
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)RxBuf,1);
while (1)
{
}
}
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *UartHandle){
if(UartHandle->Instance == USART1){
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)RxBuf, 1, 0XFFFF);
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)RxBuf, 1);
}
}Result
能够成功收发数据。
图 8 Result