物联网实战--入门篇之(四)嵌入式-UART驱动

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一、串口简介

二、串口驱动设计

三、串口发送

四、串口接收处理

五、PM2.5数据接收处理

六、printf重定义

七、总结

一、串口简介

串口在单片机的开发中属于非常常用的外设，最基本的都会预留一个调试串口用来输出调试信息，串口时序这里就不谈了，主要来看看STM32中串口是怎么运行的。

void UART1_Init(void) 
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;// GPIO_Mode_AF_OD
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    //TX
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    //RX	
	
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = BAUD_UART1;//波特率
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据长度
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//奇偶校验
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收和发模式
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
  
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //使能串口中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //主优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC
 
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//接收中断
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口	
	
	g_sUART1.USARTx=USART1;
	g_sUART1.PortNum=1;
	g_sUART1.pBuff=g_u8UART1_Buff;//把数据指针指向接收缓冲区
	g_sUART1.total_len=UART1_LEN;
}

先从初始化开始，基本上就是打开对应的时钟，初始化引脚，配置串口参数，配置接收中断，最后使能串口。

/*		
================================================================================
描述 :串口中断函数
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
  if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)//获取接收状态
	{
		g_sUART1.pBuff[g_sUART1.iRecv]=USART_ReceiveData(USART1);//缓存接收字节		
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);//清理中断位
		USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);//清理标志位
		g_sUART1.iRecv++;//接收长度加1
		if(g_sUART1.iRecv>=UART1_LEN)
			g_sUART1.iRecv=0;
	}
	else if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_ORE) != RESET)//接收错误
	{
		USART_ReceiveData(USART1);
//		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_ORE);
		USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_ORE);
	}	
}

串口是接收一个字节产生一个中断，不要再中断函数里面有过多的操作，就是连续缓存数据就好，其他的操作在外部程序中去执行；另外，如果串口数据接收错误或者溢出经常会发生ORE错误，导致一直进中断，程序直接卡死，这里就要处理下这个错误，避免卡死。

二、串口驱动设计

我这里要重点说明的是设计思想，根据下面的头文件可知，首先定义一个结构体，用来存放串口的配置信息；结合附图，在初始化阶段把串口地址、串口号、缓冲区指针和长度都赋值了；最后将定义的三个串口结构体用extern 暴露给外部文件使用。

#ifndef __DRV_UART_H__
#define __DRV_UART_H__
#include "drv_common.h"
typedef struct
{
	USART_TypeDef* USARTx;
	u8 PortNum;//串口号
	u8 *pBuff;//数据指针
	u16 iRecv;//已接收长度
	u16 iDone;//已处理长度
	u16 total_len;//总长度
}UART_Struct;
extern UART_Struct g_sUART1;
extern UART_Struct g_sUART2;
extern UART_Struct g_sUART3;
void UART_Init(void);
void UART1_Init(void); 
void UART2_Init(void); 
void UART3_Init(void);
void UART_Send(u8 PortNum, u8 *buf, u16 len);
void UART_Clear(UART_Struct *pUART);
void UART1_Send(u8 *buf, u16 len);
void UART2_Send(u8 *buf, u16 len);
void UART3_Send(u8 *buf, u16 len);
#endif

三、串口发送

串口发送较为简单，注意点就是while状态检测，一个字节发送完成才能发送下一个字节；还有就是最后的延时2ms，这个主要是在实际测试中发现有时候最后一个字节发送不完整，特别是RS485发送的时候，加个延时就能解决了。

/*		
================================================================================
描述 :串口1发送
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void UART1_Send(u8 *buf, u16 len)
{
	u16 i;
 for(i=0;i0，那么说明有数据，但是此时不一定已经接收完成了，所以定义了recv_len缓存当前的数据长度，经过5ms延时后，如果recv_len和iRecv相等，那么就说明接收完整了，可以做进一步的数据处理。 
        接下来是数据处理，根据个人应用具体修改，这里我是复位、取消订阅和PWM设置指令，在开发过程中做调试使用，项目完成后可删除；具体就是使用strstr()函数去检索是否包含指定字符串，然后根据指令去执行对应的动作。 
        最后就是要用UART_Clear(pUART);清理下缓冲区数据。 
 
 
五、PM2.5数据接收处理 
        以下是PM2.5传感器的说明书，波特率是9600，传感器每隔1秒主动输出数据，其数据流的第一字节固定是0xA5，中间两字节是浓度值，最后一个字节是校验码。先思考下这种数据流应该如何解析？ 
 
        因为我们对PM2.5的实时性要求不会很高，三四秒更新一次即可，也就是三四秒处理一次串口的缓冲数据即可，代码如下所示。判断下接收长度是否大于等于4个字节，是的话进入校验环节，校验通过后再根据说明书组合浓度值，这里要注意的是，原始浓度值只是粉尘浓度，并不是PM2.5，根据XM净化器的数值大概标定下，乘以系数0.04；最后就是清理下缓冲区即可。 
 
        主程序或任务线程调用时就四秒调用一次，如下图所示，就是在每次上报时更新下数据即可。 
 
六、printf重定义 
        printf是一个很有用的格式化输出函数，在PC端编写C语言的时候经常会用到，它会将数据打印到控制台上。那么，在单片机上，我们要如何把它的内容输出到指定的串口呢？这里就涉及到了重定义函数了，具体如下所示： 
 
        其中UART_DEBUG在user_opt.h中定义，这样可以决定是否需要输出、用哪个串口输出。 
 
 
七、总结 
        至此，串口驱动也就差不多了，串口作为常用外设，几乎在每个项目中都会用到，这里通过驱动函数的形式保证了代码的重复利用的能力，再利用宏定义的方式对具体参数进行自定义配置，从而保证了通用型和灵活性。 
 
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   写于2024-3-30