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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：

  1. 串口时钟使能，GPIO时钟使能。

  2. 设置引脚复用器映射：调用GPIO_PinAFConfig函数。

  3. GPIO 初始化设置：要设置模式为复用功能。

  4. 串口参数初始化：设置波特率，字长，奇偶校验等参数。

  5. 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）。

  6. 使能串口。

  7. 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;
		}
	}
}

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