STM32软件模拟串口的实现

2023-08-13 11:49| 来源: 网络整理| 查看: 265

前言：最近芯片涨价还缺货，寻找替换方案是目前的解决办法，对于串口不够用的时候，可以考虑软件模拟方案。

一原理讲解

本文代码： https://gitee.com/caledonian_study/stm32-l431_-virtual-serial

1.1首先读模拟串口读前文档， http://news.eeworld.com.cn/mcu/2018/ic-news082740999.html https://blog.csdn.net/tonyiot/article/details/82502953https://www.cnblogs.com/wangshucai/p/10817204.html https://my.st.com/content/my_st_com/en/products/embedded-software/mcu-mpu-embedded-software/stm32-embedded-software/stm32-standard-peripheral-library-expansion/stsw-stm32156.html#documentation https://www.amobbs.com/thread-5704405-1-1.html?_dsign=cc2ca849 明白模拟串口怎么实现。用到的外设有普通gpio，外部中断，定时器。本程序的代码在：

1.2 发送

串口发送每一个字节时候，每一个比特位占用多少时间，如：波特率是38400，

一秒钟发送38400的比特位的数据，每个字节占用10个比特位（1位起始位，8位数据位，无奇偶校验，1位停止位，）每秒发送3840个字节，每个比特位占用的时间是：1/38400秒= 26.04us

要实现一个us的延时函数，ST的HALL库默认是ms延时，这里在网上搜集了一下，用定时器实现us延时函数，顺便实现ms延时函数。

参考文章： STM32F407 使用HAL库延时微妙实现方法（附CubeMX配置过程）注意：这里要说明一下，HALL库的延时函数是在systick中断里面每ms加1s，没有延时的时候中断没有关闭，导致系统资源浪费。正确的应该是给定时器1计数设置一个初始值，硬件自动加数，在delay里面读计数值，比如L431系统时钟是80MHz，定时器的配置如下：在这里插入图片描述

定时器1每加1，时间是1us，我要延时26us，那我就再delay里面一直读定时器的CNT寄存器值是不是大于26。

1.3 接收

接收数据的时候，下降沿激发产生外部中断事件，开启定时器2。每隔一段时间读取一下gpio引脚的电平状态，保存在临时数组，到停止位则一个字节数据接收完成，读取字节数据，放在全局256大小的缓冲区。在这里插入图片描述

注意：这里读取GPIo引脚的状态，应该在每个bit位的1/2读取GPIO的状态，这样读取的数据比较准确。在这里插入图片描述

1.4 数据分包有没有考虑过一个问题，怎么样收一包数据？这里有个数据分包的问题，数据分包是这样的，我在数据停止位拿到数据以后，吧定时器2中断时间延长，我定义了两包数据之间的间隔大于100us，这里有两种情况：

后续没有数据到来，自然会进入到定时器2的分包处理流程。后续有数据到来，外部中断重新设置定时器2时间。二 crubeMX配置

2.1 GPIO配置

在这里插入图片描述

2.2 定时器2中断，外部中断在这里插入图片描述

2.3 定时器1配置在这里插入图片描述

2.4 定时器2配置在这里插入图片描述

配置好后生成工程

三代码

3.1 修改tim.c

实现定时器初始化，delay_ms()，delay_us()，定时器2回调

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "tim.h" /* USER CODE BEGIN 0 */ #include "myusart_RX.h" /* USER CODE END 0 */ TIM_HandleTypeDef htim1; TIM_HandleTypeDef htim2; /* TIM1 init function */ void MX_TIM1_Init(void) { TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0}; TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0}; htim1.Instance = TIM1; htim1.Init.Prescaler = 80-1; htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim1.Init.Period = 1; htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim1.Init.RepetitionCounter = 0; htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE; if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET; sMasterConfig.MasterOutputTrigger2 = TIM_TRGO2_RESET; sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE; if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } /* TIM2 init function */ void MX_TIM2_Init(void) { TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0}; TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0}; htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 8-1; htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_DOWN; htim2.Init.Period = 130; htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE; if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET; sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE; if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle) { if(tim_baseHandle->Instance==TIM1) { /* USER CODE BEGIN TIM1_MspInit 0 */ /* USER CODE END TIM1_MspInit 0 */ /* TIM1 clock enable */ __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE(); /* USER CODE BEGIN TIM1_MspInit 1 */ /* USER CODE END TIM1_MspInit 1 */ } else if(tim_baseHandle->Instance==TIM2) { /* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 0 */ /* USER CODE END TIM2_MspInit 0 */ /* TIM2 clock enable */ __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); /* TIM2 interrupt Init */ HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn); /* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 1 */ /* USER CODE END TIM2_MspInit 1 */ } } void HAL_TIM_Base_MspDeInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle) { if(tim_baseHandle->Instance==TIM1) { /* USER CODE BEGIN TIM1_MspDeInit 0 */ /* USER CODE END TIM1_MspDeInit 0 */ /* Peripheral clock disable */ __HAL_RCC_TIM1_CLK_DISABLE(); /* USER CODE BEGIN TIM1_MspDeInit 1 */ /* USER CODE END TIM1_MspDeInit 1 */ } else if(tim_baseHandle->Instance==TIM2) { /* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 0 */ /* USER CODE END TIM2_MspDeInit 0 */ /* Peripheral clock disable */ __HAL_RCC_TIM2_CLK_DISABLE(); /* TIM2 interrupt Deinit */ HAL_NVIC_DisableIRQ(TIM2_IRQn); /* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 1 */ /* USER CODE END TIM2_MspDeInit 1 */ } }

下面是自己加的

/* USER CODE BEGIN 1 */ //实现微妙延时功能 void delay_us(uint16_t us) { uint16_t differ=0xffff-us-5; HAL_TIM_Base_Start(&htim1);//打开定时器 __HAL_TIM_SetCounter(&htim1,differ);//设置计数初始值 while(differ for(uint16_t i=0;i if(tim_baseHandle->Instance == htim2.Instance) { TIM2_IRQHandlerHandle(); } } /* USER CODE END 1 */

3.2 修改gpio.c 实现引脚初始化，外部中断回调

#include "gpio.h" /* USER CODE BEGIN 0 */ #include "myusart_RX.h" /* USER CODE END 0 */ /*----------------------------------------------------------------------------*/ /* Configure GPIO */ /*----------------------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN 1 */ /* USER CODE END 1 */ /** Configure pins */ void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /* GPIO Ports Clock Enable */ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /*Configure GPIO pin Output Level */ HAL_GPIO_WritePin(usart_tx_GPIO_Port, usart_tx_Pin, GPIO_PIN_SET); /*Configure GPIO pin : PtPin */ GPIO_InitStruct.Pin = usart_tx_Pin; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(usart_tx_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); /*Configure GPIO pin : PtPin */ GPIO_InitStruct.Pin = usart_rx_Pin; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(usart_rx_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); /* EXTI interrupt init*/ HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn); }

下面是自己加的

/* USER CODE BEGIN 2 */ /** * @brief EXIT中断回调函数 * @param GPIO_Pin —— 触发中断的引脚 * @retval none */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { /* 判断哪个引脚触发了中断 */ switch(GPIO_Pin) { case usart_rx_Pin: GPIO_A_10_CALLBACK(); break; case GPIO_PIN_3: break; default: break; } } /* USER CODE END 2 */

3.3 增加myusart_TX.c 实现发射功能

#include "myusart_TX.h" #include "gpio.h" #include "core_cm4.h" #include "tim.h" #define BuadRate_9600 100 #define BuadRate_38400 26 void delay_tx(void)//26.04us { delay_us(BuadRate_38400-1); //补偿 __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); } void IO_TXD(uint8_t Data) { uint8_t i = 0; HAL_GPIO_WritePin(usart_tx_GPIO_Port, usart_tx_Pin, GPIO_PIN_RESET); delay_tx(); for(i = 0; i uint8_t t; for(t = 0; t USART_Send((uint8_t *)p,10); delay_ms(500); }

3.4 增加myusart_TX.h

#ifndef __myusart_TX_H__ #define __myusart_TX_H__ #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "main.h" void test_TX(void); void USART_Send(uint8_t *buf, uint8_t len); #ifdef __cplusplus } #endif #endif /*__ GPIO_H__ */

3.5 增加myusart_RX.c

#include "myusart_RX.h" #include "myusart_TX.h" #include "gpio.h" #include "core_cm4.h" #include "tim.h" #define BuadRate_9600 100 #define BuadRate_38400 26 #define UsartPack_delay 1000//100us uint8_t len = 0; //接收了多少个字节 uint8_t USART_buf[256]; //接收缓冲区 uint8_t DateReceiveIsOK=0;//接收到数据标志 uint8_t len8buf = 0; uint8_t USART_8buf[20]; enum{ COM_START_BIT_NOP, COM_START_BIT, COM_D0_BIT_NOP, COM_D0_BIT, COM_D1_BIT_NOP, COM_D1_BIT, COM_D2_BIT_NOP, COM_D2_BIT, COM_D3_BIT_NOP, COM_D3_BIT, COM_D4_BIT_NOP, COM_D4_BIT, COM_D5_BIT_NOP, COM_D5_BIT, COM_D6_BIT_NOP, COM_D6_BIT, COM_D7_BIT_NOP, COM_D7_BIT, COM_STOP_BIT, COM_pack_delay, }; uint8_t recvStat = COM_STOP_BIT; uint8_t recvData = 0; /********************************TX*********************************/ void TIM2_IRQHandlerHandle(void) { recvStat++; if(HAL_GPIO_ReadPin(usart_rx_GPIO_Port,usart_rx_Pin)) { USART_8buf[len8buf++]=1; }else{ USART_8buf[len8buf++]=0; } if(recvStat == COM_STOP_BIT) { // for(uint8_t i=1;i recvData |= (1 //关闭定时器中断 HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim2); //吧定时器时间调整到原来的13us __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2, 10* BuadRate_38400/2);//定时器13us来一次中断 __HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 10* BuadRate_38400/2);//定时器计数初始值130 //关闭定时器 __HAL_RCC_TIM2_CLK_DISABLE(); DateReceiveIsOK=1; return; } } void GPIO_A_10_CALLBACK(void) { if(HAL_GPIO_ReadPin(usart_rx_GPIO_Port,usart_rx_Pin) == 0) //判断是低电平 { if((recvStat == COM_STOP_BIT)||(recvStat == COM_pack_delay)) { //变量清0 recvStat = COM_START_BIT_NOP; len8buf=0; //启动定时器 __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2, 10*BuadRate_38400/2);//定时器计数初始值130 __HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 10* BuadRate_38400/2);//定时器13us来一次中断 __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); } } } /*******************************************************************************/ void test_rx() { if(DateReceiveIsOK == 1) { USART_Send(USART_buf,len); len = 0; DateReceiveIsOK=0; } }

3.6 增加myusart_RX.h

#ifndef __myusart_RX_H__ #define __myusart_RX_H__ #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "main.h" void test_rx(void); void GPIO_A_10_CALLBACK(void); void TIM2_IRQHandlerHandle(void); #ifdef __cplusplus } #endif #endif /*__ GPIO_H__ */

3.7 main.c

/* USER CODE BEGIN Includes */ #include "myusart_RX.h" #include "myusart_TX.h" /* USER CODE END Includes */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ // test_TX(); test_rx(); }

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