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【开源项目自学笔记】STM32与ESP8266通讯

STM32通过串口与esp8266通讯收发DTH11的温湿度数据

文章目录

  • 系列文章目录
  • 前言
  • 一、pandas是什么？
  • 二、使用步骤
  • 1.引入库
  • 2.读入数据
  • 总结

    • 前言

    这个项目学习了这几块内容：stm32的串口中断，定时器中断，时间片轮询机制，esp8266，DTH11温湿度传感器的使用。对串口通信收发数据的处理。

    设计知识点：串口的格式化打印。DWT内核精确延时。sysTick延时。

    一、DTH11介绍

    1. DTH11是串行接口，单线双向。一次一次完整的数据传输为40bit,高位先出。
    2. 数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验。数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。
    3. 通讯过程：总线空闲状态一直处于高电平。dth11处于低功耗状态。当主机开始发信号时，要先拉低总线18~30ms，再将总线拉高20~40us，再将总线切换为输入模式，此时总线如果为低电平，说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉 高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1。如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有 响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线 50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。
    4. 数字0信号
    5. 数字1信号

    二、DTH11代码

    引脚配置

    static void DHT11_GPIO_Config ( void )
{		
	/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	
	/*开启macDHT11_Dout_GPIO_PORT的外设时钟*/
  macDHT11_Dout_SCK_APBxClock_FUN ( macDHT11_Dout_GPIO_CLK, ENABLE );	

	/*选择要控制的macDHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/															   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macDHT11_Dout_GPIO_PIN;	

	/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   

	/*设置引脚速率为50MHz */   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

	/*调用库函数，初始化macDHT11_Dout_GPIO_PORT*/
  	GPIO_Init ( macDHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );		  
	
}

    温湿度读取函数

    通过读取温度度，通过在头文件中定义了一个存储温湿度数据的结构体，这个结构体是局部变量保存在栈中，函数结束会被自动回收。

    typedef struct
    {
        uint8_t  humi_int;        //湿度的整数部分
        uint8_t  humi_deci;         //湿度的小数部分
        uint8_t  temp_int;         //温度的整数部分
        uint8_t  temp_deci;         //温度的小数部分
        uint8_t  check_sum;         //校验和
                             
    } DHT11_Data_TypeDef;

    驱动代码中用到的延时是比较时间戳来进行记时。

    #define DHT11_DELAY_US(us)  CPU_TS_Tmr_Delay_US(us)
#define DHT11_DELAY_MS(ms)  CPU_TS_Tmr_Delay_MS(ms)

void CPU_TS_TmrInit(void)
{
    /* 使能DWT外设 */
    DEM_CR |= (uint32_t)DEM_CR_TRCENA;                

    /* DWT CYCCNT寄存器计数清0 */
    DWT_CYCCNT = (uint32_t)0u;

    /* 使能Cortex-M DWT CYCCNT寄存器 */
    DWT_CR |= (uint32_t)DWT_CR_CYCCNTENA;
}
uint32_t CPU_TS_TmrRd(void)
{        
  return ((uint32_t)DWT_CYCCNT);
}
void CPU_TS_Tmr_Delay_US(__IO uint32_t us)
{
  uint32_t ticks;
  uint32_t told,tnow,tcnt=0;

  /* 在函数内部初始化时间戳寄存器， */  
#if (CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION)  
  /* 初始化时间戳并清零 */
  CPU_TS_TmrInit();
#endif
  
  ticks = us * (GET_CPU_ClkFreq() / 1000000);  /* 需要的节拍数 */      
  tcnt = 0;
  told = (uint32_t)CPU_TS_TmrRd();         /* 刚进入时的计数器值 */

  while(1)
  {
    tnow = (uint32_t)CPU_TS_TmrRd();  
    if(tnow != told)
    { 
        /* 32位计数器是递增计数器 */    
      if(tnow > told)
      {
        tcnt += tnow - told;  
      }
      /* 重新装载 */
      else 
      {
        tcnt += UINT32_MAX - told + tnow; 
      } 
      
      told = tnow;

      /*时间超过/等于要延迟的时间,则退出 */
      if(tcnt >= ticks)break;
    }
  }
}
    static void DHT11_Mode_IPU(void)
{
 	  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	  	/*选择要控制的macDHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/	
	  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macDHT11_Dout_GPIO_PIN;

	   /*设置引脚模式为浮空输入模式*/ 
	  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ; 

	  /*调用库函数，初始化macDHT11_Dout_GPIO_PORT*/
	  GPIO_Init(macDHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	 
	
}

static void DHT11_Mode_Out_PP(void)
{
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	 	/*选择要控制的macDHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/															   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macDHT11_Dout_GPIO_PIN;	

	/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   

	/*设置引脚速率为50MHz */   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

	/*调用库函数，初始化macDHT11_Dout_GPIO_PORT*/
  	GPIO_Init(macDHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	 	 
	
}

static uint8_t DHT11_ReadByte ( void )
{
	uint8_t i, temp=0;
	

	for(i=0;i<8;i++)    
	{	 
		/*每bit以50us低电平标置开始，轮询直到从机发出 的50us 低电平 结束*/  
		while(macDHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);

		/*DHT11 以26~28us的高电平表示“0”，以70us高电平表示“1”，
		 *通过检测 x us后的电平即可区别这两个状 ，x 即下面的延时 
		 */
		DHT11_DELAY_US(40); //延时x us 这个延时需要大于数据0持续的时间即可	   	  

		if(macDHT11_Dout_IN()==Bit_SET)/* x us后仍为高电平表示数据“1” */
		{
			/* 等待数据1的高电平结束 */
			while(macDHT11_Dout_IN()==Bit_SET);

			temp|=(uint8_t)(0x01<<(7-i));  //把第7-i位置1，MSB先行 
		}
		else	 // x us后为低电平表示数据“0”
		{			   
			temp&=(uint8_t)~(0x01<<(7-i)); //把第7-i位置0，MSB先行
		}
	}
	
	return temp;
	
}

uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data)
{  
	/*输出模式*/
	DHT11_Mode_Out_PP();
	/*主机拉低*/
	macDHT11_Dout_0;
	/*延时18ms*/
	DHT11_DELAY_MS(18);

	/*总线拉高 主机延时30us*/
	macDHT11_Dout_1; 

	DHT11_DELAY_US(30);   //延时30us

	/*主机设为输入 判断从机响应信号*/ 
	DHT11_Mode_IPU();

	/*判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行*/   
	if(macDHT11_Dout_IN()==Bit_RESET)     
	{
		/*轮询直到从机发出 的80us 低电平 响应信号结束*/  
		while(macDHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);

		/*轮询直到从机发出的 80us 高电平 标置信号结束*/
		while(macDHT11_Dout_IN()==Bit_SET);

		/*开始接收数据*/   
		DHT11_Data->humi_int= DHT11_ReadByte();

		DHT11_Data->humi_deci= DHT11_ReadByte();

		DHT11_Data->temp_int= DHT11_ReadByte();

		DHT11_Data->temp_deci= DHT11_ReadByte();

		DHT11_Data->check_sum= DHT11_ReadByte();


		/*读取结束，引脚改为输出模式*/
		DHT11_Mode_Out_PP();
		/*主机拉高*/
		macDHT11_Dout_1;

		/*检查读取的数据是否正确*/
		if(DHT11_Data->check_sum == DHT11_Data->humi_int + DHT11_Data->humi_deci + DHT11_Data->temp_int+ DHT11_Data->temp_deci)
			return SUCCESS;
		else 
			return ERROR;
	}
	
	else
		return ERROR;
	
}

     三、esp8266

     1.GPIO初始化，USART初始化，NVIC中断

    static void ESP8266_GPIO_Config ( void )
{
	/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	/* 配置 CH_PD 引脚*/
	macESP8266_CH_PD_APBxClock_FUN ( macESP8266_CH_PD_CLK, ENABLE ); 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macESP8266_CH_PD_PIN;	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 
	GPIO_Init ( macESP8266_CH_PD_PORT, & GPIO_InitStructure );	 
	/* 配置 RST 引脚*/
	macESP8266_RST_APBxClock_FUN ( macESP8266_RST_CLK, ENABLE ); 				   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macESP8266_RST_PIN;	
	GPIO_Init ( macESP8266_RST_PORT, & GPIO_InitStructure );	 
}
static void ESP8266_USART_Config ( void )
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	/* config USART clock */
	macESP8266_USART_APBxClock_FUN ( macESP8266_USART_CLK, ENABLE );
	macESP8266_USART_GPIO_APBxClock_FUN ( macESP8266_USART_GPIO_CLK, ENABLE );
	/* USART GPIO config */
	/* Configure USART Tx as alternate function push-pull */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  macESP8266_USART_TX_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(macESP8266_USART_TX_PORT, &GPIO_InitStructure);  
	/* Configure USART Rx as input floating */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macESP8266_USART_RX_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(macESP8266_USART_RX_PORT, &GPIO_InitStructure);
	/* USART1 mode config */
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = macESP8266_USART_BAUD_RATE;
	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(macESP8266_USARTx, &USART_InitStructure);
	/* 中断配置 */
	USART_ITConfig ( macESP8266_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE ); //使能串口接收中断 
	USART_ITConfig ( macESP8266_USARTx, USART_IT_IDLE, ENABLE ); //使能串口总线空闲中断 	
	ESP8266_USART_NVIC_Configuration ();
	USART_Cmd(macESP8266_USARTx, ENABLE);
}
static void ESP8266_USART_NVIC_Configuration ( void )
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
	
	
	/* Configure the NVIC Preemption Priority Bits */  
	NVIC_PriorityGroupConfig ( macNVIC_PriorityGroup_x );

	/* Enable the USART2 Interrupt */
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = macESP8266_USART_IRQ;	 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

    2.AT命令

    串口收发结构体

    #define RX_BUF_MAX_LEN     1024                                     //最大接收缓存字节数

extern struct  STRUCT_USARTx_Fram                                  //串口数据帧的处理结构体
{
	char  Data_RX_BUF [ RX_BUF_MAX_LEN ];
	
  union {
    __IO u16 InfAll;
    struct {
		  __IO u16 FramLength       :15;                               // 14:0 
		  __IO u16 FramFinishFlag   :1;                                // 15 
	  } InfBit;
  }; 
	
} strEsp8266_Fram_Record;
Data_RX_BUF: 字符数组，用于存储接收的数据帧内容，长度为 RX_BUF_MAX_LEN，即 1024 字节。
InfAll: 16 位无符号整数，用于访问结构体中所有位字段。
InfBit: 位字段联合，包含两个成员：
FramLength: 15 位，表示数据帧的长度，范围为 0-32767。
FramFinishFlag: 1 位，表示数据帧接收完毕的标志。
结构体定义后，通过 strEsp8266_Fram_Record 声明一个全局变量，该变量的类型是 STRUCT_USARTx_Fram 结构体，用于在程序中存储和处理串口数据帧。

可以使用该结构体和其成员变量来进行串口数据帧的接收、处理和访问。例如，可以通过 strEsp8266_Fram_Record.Data_RX_BUF 来访问接收到的数据帧内容，通过 strEsp8266_Fram_Record.InfBit.FramLength 来获取数据帧的长度，通过 strEsp8266_Fram_Record.InfBit.FramFinishFlag 来判断数据帧是否接收完毕。

     ESP8266_Cmd是PC端用串口给ESP8266发送数据。发送AT命令并且打印esp8266接收到的数据到PC串口。reply1，reply2为AT指令。

    bool ESP8266_Cmd ( char * cmd, char * reply1, char * reply2, u32 waittime )
{    
	strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength = 0;               //从新开始接收新的数据包

	macESP8266_Usart ( "%s\r\n", cmd );

	if ( ( reply1 == 0 ) && ( reply2 == 0 ) )                      //不需要接收数据
		return true;
	
	Delay_ms ( waittime );                 //延时
	
	strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF [ strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength ]  = '\0';

	macPC_Usart ( "%s", strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF );
  strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength = 0;                             //清除接收标志
	strEsp8266_Fram_Record.InfBit.FramFinishFlag = 0;                             
	if ( ( reply1 != 0 ) && ( reply2 != 0 ) )
		return ( ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply1 ) || 
						 ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply2 ) ); 
 	
	else if ( reply1 != 0 )
		return ( ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply1 ) );
	
	else
		return ( ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply2 ) );
	
}

     USART_printf是通过调用USART_SendData。

    void USART_printf ( USART_TypeDef * USARTx, char * Data, ... )
{
	const char *s;
	int d;   
	char buf[16];

	
	va_list ap;
	va_start(ap, Data);

	while ( * Data != 0 )     // 判断是否到达字符串结束符
	{				                          
		if ( * Data == 0x5c )  //'\'
		{									  
			switch ( *++Data )
			{
				case 'r':							          //回车符
				USART_SendData(USARTx, 0x0d);
				Data ++;
				break;

				case 'n':							          //换行符
				USART_SendData(USARTx, 0x0a);	
				Data ++;
				break;

				default:
				Data ++;
				break;
			}			 
		}
		
		else if ( * Data == '%')
		{									  //
			switch ( *++Data )
			{				
				case 's':										  //字符串
				s = va_arg(ap, const char *);
				
				for ( ; *s; s++) 
				{
					USART_SendData(USARTx,*s);
					while( USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET );
				}
				
				Data++;
				
				break;

				case 'd':			
					//十进制
				d = va_arg(ap, int);
				
				itoa(d, buf, 10);
				
				for (s = buf; *s; s++) 
				{
					USART_SendData(USARTx,*s);
					while( USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET );
				}
				
				Data++;
				
				break;
				
				default:
				Data++;
				
				break;
				
			}		 
		}
		
		else USART_SendData(USARTx, *Data++);
		
		while ( USART_GetFlagStatus ( USARTx, USART_FLAG_TXE ) == RESET );
		
	}
}

    中断串口服务函数是从ESP8266接收响应。接收到的数据存放到strEsp8266_Fram_Record结构体中。

    extern struct  STRUCT_USARTx_Fram                                  //串口数据帧的处理结构体
{
	char  Data_RX_BUF [ RX_BUF_MAX_LEN ];
	
  union {
    __IO u16 InfAll;
    struct {
		  __IO u16 FramLength       :15;                               // 14:0 
		  __IO u16 FramFinishFlag   :1;                                // 15 
	  } InfBit;
  }; 
	
} strEsp8266_Fram_Record;

void macESP8266_USART_INT_FUN ( void )
{	
	uint8_t ucCh;
	
	if ( USART_GetITStatus ( macESP8266_USARTx, USART_IT_RXNE ) != RESET )
	{
		ucCh  = USART_ReceiveData( macESP8266_USARTx );
		
		if ( strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength < ( RX_BUF_MAX_LEN - 1 ) )                       //预留1个字节写结束符
			strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF [ strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength ++ ]  = ucCh;

	}
	 	 
	if ( USART_GetITStatus( macESP8266_USARTx, USART_IT_IDLE ) == SET )                                         //数据帧接收完毕
	{
    strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramFinishFlag = 1;
		
		ucCh = USART_ReceiveData( macESP8266_USARTx );                                                              //由软件序列清除中断标志位(先读USART_SR，然后读USART_DR)
	
		ucTcpClosedFlag = strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "CLOSED\r\n" ) ? 1 : 0;                   //获取连接状态
		
  }	

}

    总结

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