代码收藏家技术教程 2023-05-24

【基于STM32的串口通信—-用软件模拟】

注：这是我上班第一次学习串口通信，此文章基于STM32F4系列单片机。

一：什么是软件模拟串口通信：

1、平常所用串口通信都是用的单片机外设，是单片机内部自带的模块，只需要配置好初始化就可以使用，在这里老师为了更好的让我们理解其原理所以让我们模拟串口通信；

2、软件模拟串口通信就是用普通IO口作为串口通信的输出端（TX）和接收端（RX），通过写IO口的电平变化来模拟串口通信的TTL协议，以此达成数据通信。

二：串口（串行接口）通信概念：

1、串口不同于普通IO口，它是用来数据传输的接口，串口通信就是串口按位（bit）发送和接收字节，它在接收和发送的时候各只需要一根数据线，而并行通信则需要八根数据线，串口通信同时具有传输距离远的优点，长度可达上千米，而并行通信则很短不能超过20米。

2、串口通信属于异步全双工模式，即可以在发送的同时进行接收，需要两根数据线（发送和接收），同时没有时钟线。

三：串口通信TTL协议：

这是一种规定好的协议，规定：

1、在空闲状态下，电平为高电平；

2、起始位：当电平从空闲的高电平拉低，视为起始位，为协议的开始；

3、数据位：紧接着起始位之后的八位为数据位，每一次传输一个数据，这里指的是二进制位（注意：这是数据传输是倒序传输，例如传输0x01，它的二进制表示为0000 0001，那么这里数据位显示为1000 0000）；

4、校验位：数据位之后可能会有校验位，校验位是为了校验此数据发送是否正确，校验方法有奇偶检验、CS和校验等；

5、停止位：当数据发送结束之后，会把电平拉高，此时表示一个数据发送完毕，为停止位。

四、keil软件里配置GPIO、写代码模拟协议（代码附下）

这里配置发送端（TX）的IO口：模式选择输出模式，其他就是GPIO配置的结构体

因为是模拟串口的，所以可以使用任意一个IO口作为发送和接收端

void GPIO_Init(void)
{    	 
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);//使能GPIOD时钟

  //GPIOD9初始化设置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;//发送端TX对应IO口
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
	
  GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);//GPIOD9设置高，灯灭

}

再配置接收端（RX）的IO口：模式要选择输入模式

void GPIO2_Init(void)
{    	 
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);//使能GPIOD时钟

  //GPIOD12初始化设置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;//接收端RX对应IO口
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//普通输入模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
	
  GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_12);//GPIOD12设置高，灯灭

}

在.c文件里写的函数要在.h文件里面声明

开始写函数模拟协议：

#define TX_H GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9)
#define TX_L GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9)

//发送一个字节的函数//
void Uart_tx_one_byte (u8 date)
{
	int i;
	
	TX_L;
	delay_us(104);
	
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(date&(0x01<<i))
		{
			TX_H;
		}
		else
		{
			TX_L;
		}
		delay_us(104);
	}
	
	TX_H;
	delay_us(104);
}	


//发送多个字节//
void Uart_tx_bytes(u8 *pdata ,u8 len)
{
	u8 i;
	for(i=0;i<len;i++)
	{
		Uart_tx_one_byte(*(pdata+i));
	}
}

主函数里发送一个字节：

int main(void)
{
	delay_init();//延时函数初始化//
	GPIO_Init();
	uart_init(9600);//波特率设置为9600//
	while(1)
	{
      delay_ms(1000);
		
	  Uart_tx_one_byte(0x01);//发送0x01//
    }
}

发送多个字节：

u8 txbuf[7] = {0x68,0x11,0x00,0x01,0x01,0x13,0x16};

int main(void)
{
	delay_init();
	GPIO_Init();
	uart_init(9600);
	while(1)
	{
      delay_ms(1000);
		
      Uart_tx_bytes (txbuf,7);//将数组中的七个数发送出去//
    }
}

接下来是接收部分：

上面我们已经将接收端的IO口配置好了，所以我们直接写代码模拟接收：

#define READ_LEVEL (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD,GPIO_Pin_12))

u8 ret;
u8 revdata,i;
u8 uart_rx(void)
{
    ret = READ_LEVEL;
	if(ret == 0)
		{
			delay_us(10);//这里做个小延时，判断以免受到静电或者其他干扰，确保是起始位//
		  	if(!READ_LEVEL)
			  {
			    	for(i=0;i<8;i++)
			    	{
				      	delay_us(104);
				       	revdata = revdata|(READ_LEVEL<<i);
				    }
				    delay_us(104);
					if(READ_LEVEL)
						{
							return 0;//接收成功返回0，其他情况返回0xff//
						}
					else
						{
							return 0xff;
						}
				}
				else
				{
				return 0xff;
				}
 		}
		else
		{
			return 0xff;
		}
}

主函数：

int main(void)
{
	delay_init();
	GPIO_Init();//TX端IO口初始化//
	GPIO2_Init();//RX端IO口初始化//
	uart_init(9600);
	while(1)
	{
		delay_us(50);
		if(uart_rx()==0)
		{
			  Uart_tx_one_byte (0x10);//接收成功之后用TX端发送0x01，以供串口助手观察结果//
		}
	}
}

最后提醒：所谓串口通信发送指的是单片机发出，而接收指的是外部发送过来，单片机接收，这里是串口助手发送，也叫作上位机。