嵌入式开发学习之--串口通讯（下）

提示：本篇来做一个关于串口的输入输出实验。

文章目录

前言

一、项目概况

1.1、项目需求

1.2、项目来源

1.3、开发环境

1.4、项目意义

1.5、项目代码链接

1.6、项目效果展示

二、开发步骤

2.1、涉及硬件电路

2.2、项目代码

2.2.1、串口配置

总结

前言

前一篇文章我们介绍了串口的几种类型以及串口标准库的一些配置参数，这一篇结合之前的摩斯密码代码来实战一下。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、项目概况

1.1、项目需求

1. 通过电脑串口助手输入消息，机器通过蜂鸣器来转换成摩斯码输出。

2. led灯同步蜂鸣器状态，响时红灯亮，不响时不亮。

3. 输入消息字长一次不得超过50个字节（含空格）

4. 当执行一条语句时，会返回“发送中”字样，结束后会返回“发送完成”字样，如在发送期间，又通过串口发送了一条指令，则不执行，并返回“人工作息全忙，请稍后”字样。

1.2、项目来源

作者脑洞。

1.3、开发环境

软件：keil5；

硬件：野火挑战者开发板。

调试工具：串口助手。

1.4、项目意义

1.使摩斯密码机更加自由的输出；

2.除了按键以外，又解锁了一种新的与机器交互的方式；

3.锻炼自己代码架构，分层，扩展能力。

1.5、项目代码链接

1.6、项目效果展示

轻映录屏 2022-12-27 14-15-42

二、开发步骤

2.1、涉及硬件电路

如图，本次实验涉及了蜂鸣器，led灯，串口三块，前两个之前已经说过了，主要就是对PA11,PH10引脚的拉高拉低操作，这次重点介绍串口。

如图，这是一个usb转串口的模块，通过ch340g可以把串口消息转换成usb消息，这里转换之后的我们暂时不去管，只看之前的，通过右下角可以看到是通过PA9和PA10分别连接rx,tx的串口信号线。

接着我们查找stm32的数据手册，可以看到PA9,PA10确实可以复用成串口1，至此，底层的配置逻辑就很清楚了，将PA9，PA10复用成串口1，然后通过串口1收发数据实现最终应用。

2.2、项目代码

代码以之前的摩斯密码机为框架，添加串口相关逻辑。

2.2.1、串口配置

usart.h

代码如下（示例）：

#ifndef __DEBUG_USART_H
#define __DEBUG_USART_H
#include "stm32f4xx.h"
#include <stdio.h>
/*******************************************************/
#define DEBUG_USART                             USART1
#define DEBUG_USART_CLK                         RCC_APB2Periph_USART1
#define DEBUG_USART_BAUDRATE                    115200  
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT                GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_CLK                 RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_PIN                      GPIO_Pin_10
#define DEBUG_USART_RX_AF                       GPIO_AF_USART1
#define DEBUG_USART_RX_SOURCE                   GPIO_PinSource10
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT                GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_CLK                 RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_PIN                      GPIO_Pin_9
#define DEBUG_USART_TX_AF                       GPIO_AF_USART1
#define DEBUG_USART_TX_SOURCE                   GPIO_PinSource9
#define DEBUG_USART_IRQHandler                  USART1_IRQHandler
#define DEBUG_USART_IRQ                         USART1_IRQn
/************************************************************/
void Debug_USART_Config(void);
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch);
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str);
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch);

直接用野火的串口配置，可以看到串口的配置参数，有串口号，引脚，波特率等等。

usart.c

#include "usart.h"
 /**
  * @brief  ÅäÖÃÇ¶Ì×ÏòÁ¿ÖÐ¶Ï¿ØÖÆÆ÷NVIC
  * @param  ÎÞ
  * @retval ÎÞ
  */
static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  /* Ç¶Ì×ÏòÁ¿ÖÐ¶Ï¿ØÖÆÆ÷×éÑ¡Ôñ */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  /* ÅäÖÃUSARTÎªÖÐ¶ÏÔ´ */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
  /* ÇÀ¶ÏÓÅÏÈ¼¶Îª1 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  /* ×ÓÓÅÏÈ¼¶Îª1 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  /* Ê¹ÄÜÖÐ¶Ï */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* ³õÊ¼»¯ÅäÖÃNVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void Debug_USART_Config(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(DEBUG_USART_RX_GPIO_CLK|DEBUG_USART_TX_GPIO_CLK,ENABLE);
  RCC_APB2PeriphClockCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_PIN  ;  
  GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_PIN;
  GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_PinAFConfig(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT,DEBUG_USART_RX_SOURCE,DEBUG_USART_RX_AF);
  GPIO_PinAFConfig(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT,DEBUG_USART_TX_SOURCE,DEBUG_USART_TX_AF);
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
  USART_Init(DEBUG_USART, &USART_InitStructure); 
  NVIC_Configuration();
  USART_ITConfig(DEBUG_USART, USART_IT_RXNE, ENABLE);
  USART_Cmd(DEBUG_USART, ENABLE);
}
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
  USART_SendData(pUSARTx,ch);
  while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);  
}
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
  unsigned int k=0;
  do 
  {
      Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
      k++;
  } while(*(str + k)!='\0');
  while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET)
  {}
}
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch)
{
  uint8_t temp_h, temp_l;
  temp_h = (ch&0XFF00)>>8;
  temp_l = ch&0XFF;
  USART_SendData(pUSARTx,temp_h); 
  while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
  USART_SendData(pUSARTx,temp_l); 
  while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);  
}
void Usart_Data_Process(uint8_t ch)
{
  if(morse_code.index<50){
    if(ch!='\n'){
      morse_code.morse_in[morse_code.index++]=ch;
    }else{
      if(morse_code.out_status==UNFINISH){
        memcpy(morse_code.morse_out,morse_code.morse_in,sizeof(morse_code.morse_in));
        morse_code.read_status=FINISH;
        morse_code.index=0;
        memset(morse_code.morse_in,0,sizeof(morse_code.morse_in));
      }else{
        printf("ÈË¹¤×÷Ï¢È«Ã¦£¬ÇëÉÔºó...\r\n");
        morse_code.index=0;
        memset(morse_code.morse_in,0,sizeof(morse_code.morse_in));        
      }
    }
  }else{
    if(morse_code.out_status==UNFINISH){
      morse_code.read_status=FINISH;
      memcpy(morse_code.morse_out,morse_code.morse_in,sizeof(morse_code.morse_in));
      morse_code.index=0;
      memset(morse_code.morse_in,0,sizeof(morse_code.morse_in));
    }else{
      morse_code.index=0;
      memset(morse_code.morse_in,0,sizeof(morse_code.morse_in));      
    }
  }
}
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    USART_SendData(DEBUG_USART, (uint8_t) ch);
    while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART, USART_FLAG_TXE) == RESET);    
    return (ch);
}
int fgetc(FILE *f)
{
    while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USART);
}

通过 Debug_USART_Config(void)初始化串口配置，然后可以分别通过Usart_SendByte（）和Usart_SendString（）发送一个字节和一个字符串；再就是需要注意的是fgetc()和fputc()两个函数，分别重定义了c语言中的scanf,printf到串口1，如果要改到其它口，则需要把DEBUG_USART改成其它口。关于接收信息处理的函数Usart_Data_Process()，将获取到的字符存储，以‘“\n”作为结束。

main.c

int main(void)
{
  uint8_t * info_p;
  uint8_t information[]= "I LOVE YOU";  //´´½¨Çé±¨
  BEEP_GPIO_Config();
  Debug_USART_Config();
  LED_GPIO_Config();
  info_p=morse_code.morse_out;
  while(1){
  if(morse_code.read_status==FINISH){
    morse_code.read_status=UNFINISH;
    morse_code.out_status=FINISH; 
    printf("·¢ËÍÖÐ...\r\n");
//    printf("%s\r\n",morse_code.morse_out);
    beep_out_morse_data(info_p,strlen((const char *)info_p)); 
    morse_code.out_status=UNFINISH; 
    printf("·¢ËÍÍê³É£¡\r\n");
  }

将串口得到的数据给到之前的蜂鸣器输出函数。并在之前打印消息。

总结

这代码需求是完成了的，但是有一些地方仍然存在不足，需要注意。

1、中断内用printf()打印消息，中断执行时间有限，最好只做一些置标志位的操作，而不要有大动作。

2、串口协议过于简单，该消息只是以“\n”作为结束标志，而没有对整体数据是否失真做进一步判断，要知道数据传输的过程可能存在干扰，丢包等等各种因素的。

3、本篇文章中在执行消息的同时获取到了新的需要执行的指令，会直接丢掉直到自己执行完成才能接收下一条，这也是很不好的用户体验，一般来说类似项目应该有一个缓冲区，将数据存储其中，执行完成一条后再去缓冲区读取下一条语句去执行。甚至如果有多台设备同时执行的情况，可以考虑线程池的思路，以后有机会可以展示一下。

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