代码收藏家 ASR-01S模块与STM32通信问题解决方案：串口中断方式
前言：
最近在做一个智能家居的项目，需要实现语音控制的功能，于是我选用了ASR-01S模块与STM32通信，这个模块最大的好处在于有配套的编程软件和语音库，不用自己训练且编程简单（少儿编程的程度）。ASR-01S的代码架构在这不多说，总之在收到语音后它会通过串口发送一串命令给STM32，STM32收到后通过串口中断的方式进行一系列操作。但没想到在这块看起来很简单的地方翻车了（太丢人了。。。），经过求助之后终于解决了，在这里浅浅记录一下自己的翻车过程及解决方案。
问题引入
代码这里偷了一下懒，直接问了GPT，可以直接看我这篇文章：GPT对话代码库——基于STM32F103 1，标志位切换模式 & 2，串口的接受和发送
基础的就不多说了，主要讲一下核心问题，先放一下代码
#define BUFFER_SIZE 100 // 定义缓冲区大小为100
char buffer[BUFFER_SIZE]; // 定义一个缓冲区数组用于存储接收到的数据
volatile unsigned int buffer_index = 0; // 声明一个用于记录缓冲区当前索引的变量，使用 volatile 关键字修饰以确保在中断中的可见性
void USART3_IRQHandler(void) {
// 检查是否接收到数据
if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) {
char data = (char)USART_ReceiveData(USART3); // 读取接收到的数据
// 简单的字符串终止判断（例如以换行结束）
if (data != '\n' && buffer_index < BUFFER_SIZE - 1) { // 如果接收到的数据不是换行符且缓冲区未满
buffer[buffer_index++] = data; // 将接收到的数据存储到缓冲区中
} else { // 如果接收到换行符或者缓冲区已满
buffer[buffer_index] = '\0'; // 确保字符串结束，即在缓冲区末尾添加字符串结束符'\0'
// 检查接收到的命令
if (strcmp(buffer, "led on") == 0) { // 如果接收到的命令是"led on"
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 点亮LED
char *msg = "已打开\n"; // 定义提示消息
while (*msg) { // 循环发送消息中的每个字符
USART3_SendChar(*msg++); // 通过串口发送字符
}
}
// 重置索引，准备下一次接收
buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备接收下一条指令
}
USART_ClearITPendingBit(USART3, USART_IT_RXNE); // 清除接收中断标志位
}
}
按照我原本的想法是先通过 USART3 接收中断判断是否接收到数据，然后读取接收到的数据并存储到缓冲区中。当接收到换行符或者缓冲区已满时，将缓冲区末尾添加字符串结束符'\0'，然后检查接收到的命令，如果是"led on"则点亮LED，并通过串口发送提示消息"已打开\n"，最后重置缓冲区索引，准备接收下一条指令。乍一看没啥毛病，但发现虽然buffer[]这个数组接收到了来自data的信息，最后经过仿真调试发现是在代码实现的时候给自己埋了雷。
strcmp这个函数用于比较两个字符串是否相等，函数原型：
int strcmp(const char *str1, const char *str2);
strcmp函数接受两个参数，分别是要比较的两个字符串 str1 和 str2。它会按照字典顺序逐个比较两个字符串中的字符，直到遇到不相等的字符或者到达字符串结尾（即遇到 '\0' 终止符）。
如果两个字符串相等，则返回值为0；如果第一个字符串小于第二个字符串，则返回值为负数；如果第一个字符串大于第二个字符串，则返回值为正数。
GPT在这里是这样写的：
if (strcmp(buffer, "led on") == 0) // 如果接收到的命令是"led on"也就是要求我发送的字符串完全等于 "led on"才能进入，但在串口助手中却选择了“发送新行”这个选项，就相当于每次发送的都是"led on\n"，由于strcmp函数的作用自然不会让我们进入逻辑，而且这段代码中并没有清空缓冲区数据的操作，也就是说就算没有发送新行，在第一次发送结束之后buffer[]中的数据就是“led onled onled on…”这种，所以需要使用memset函数在每次接收后清空缓冲区数据，并且最好将strcmp函数换成strstr函数，strstr作用和strcmp很相似，但更适合这个场景，简单来说使用strstr就是只要buffer[]这个数组中出现“led on”就能进入逻辑，只要在每次接收完数据后清空缓冲区数据就行。下面看我修正优化过的正确代码。
注：
1，strstr 函数是 C 标准库中的一个字符串查找函数，用于在一个字符串中查找另一个子字符串的第一次出现位置。其函数原型为：
char *strstr(const char *haystack, const char *needle);
strstr 函数接受两个参数，分别是要搜索的主字符串 haystack 和要查找的子字符串 needle。它会在主字符串中从头开始逐个字符地搜索子字符串，直到找到子字符串的第一次出现或者到达主字符串的结尾。如果找到子字符串，则返回指向该子字符串在主字符串中第一次出现位置的指针；如果没有找到子字符串，则返回 NULL。
2，memset 函数是 C 标准库中的一个函数，用于将一段内存块的内容设置为指定的值。其函数原型为：
void *memset(void *ptr, int value, size_t num);
memset 函数接受三个参数，分别是指向要设置的内存块的指针 ptr、要设置的值 value、以及要设置的字节数 num。
具体来说，ptr 是要设置的内存块的起始地址，value 是要设置的值（通常是一个字节的值，即 0 到 255 之间的整数），num 是要设置的字节数。函数会将 ptr 指向的内存块中的前 num 个字节的内容都设置为 value。
代码讲解
串口的头文件
#ifndef __USART_H
#define __USART_H
#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
// 串口3-USART3
#define DEBUG_USARTx USART3
#define BUFFER_SIZE 100
void USART3_Config(u32 BAUD);
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch);
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str);
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch);
uint8_t Check_devices(void);
uint8_t Control_devices(void);
#endif /* __USART_H */
USART3配置及其中断配置
void USART3_Config(u32 BAUD)
{
// GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 声明GPIO初始化结构体变量
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; // 声明USART初始化结构体变量
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 声明中断向量表初始化结构体变量
// 使能GPIOB时钟和USART3时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 使能GPIOB时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE); // 使能USART3时钟
// USART3 TX -> PB10，RX -> PB11
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; // 配置GPIOB的引脚10（USART3的TX引脚）
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 设置为复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 设置输出速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOB的引脚10
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; // 配置GPIOB的引脚11（USART3的RX引脚）
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 设置为浮空输入
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOB的引脚11
// USART3配置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = BAUD; // 设置波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 设置数据位长度为8位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 设置停止位为1位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 设置奇偶校验位为无校验
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 设置硬件流控制为无
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 设置USART模式为收发模式
USART_Init(USART3, &USART_InitStructure); // 根据USART_InitStruct中指定的参数初始化USARTx寄存器
// 配置USART3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn; // 设置USART3中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 设置抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 设置响应优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // 使能中断通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
// 使能USART3的接收中断
USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 使能USART3的接收中断
// 使能USART3
USART_Cmd(USART3, ENABLE); // 使能USART3
}
这个没什么好说的，直接复制就行，注意自己头文件的引用
串口发送函数及printf和scanf的重定向
/***************** 发送一个字符 **********************/
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
/* 发送一个字节数据到USART */
USART_SendData(pUSARTx,ch);
/* 等待发送数据寄存器为空 */
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
/***************** 发送字符串 **********************/
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
unsigned int k=0;
do
{
Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
k++;
} while(*(str + k)!='\0');
/* 等待发送完成 */
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET)
{}
}
/***************** 发送一个16位数 **********************/
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch)
{
uint8_t temp_h, temp_l;
/* 取出高八位 */
temp_h = (ch&0XFF00)>>8;
/* 取出低八位 */
temp_l = ch&0XFF;
/* 发送高八位 */
USART_SendData(pUSARTx,temp_h);
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
/* 发送低八位 */
USART_SendData(pUSARTx,temp_l);
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
///重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
/* 发送一个字节数据到串口 */
USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t) ch);
/* 等待发送完毕 */
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
return (ch);
}
///重定向c库函数scanf到串口，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{
/* 等待串口输入数据 */
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
}
重头戏来了，编写中断服务函数来存放PC端发送的数据
char buffer[BUFFER_SIZE];
// 定义一个大小为 BUFFER_SIZE 的字符数组 buffer，用于存储接收到的数据。
volatile unsigned int buffer_index = 0;
// 定义一个无符号整数变量 buffer_index，表示当前接收到的数据在 buffer 中的索引。
// volatile 修饰表示该变量可能会被中断修改，编译器不会对其进行优化。
uint8_t buffer_ready = 0;
// 定义一个无符号 8 位整数变量 buffer_ready，表示缓冲区是否准备好。
// 0 表示未准备好，1 表示准备好。
void USART3_IRQHandler(void)
{
// 进入 USART3 的中断服务程序
// 检查是否接收到数据
if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
char data = (char)USART_ReceiveData(USART3); // 读取接收到的数据并存储在 data 中
buffer[buffer_index++] = data;
// 将接收到的数据存储在 buffer 数组中，并将 buffer_index 索引递增
buffer_ready = 1;
// 设置 buffer_ready 标志为 1，表示缓冲区已经准备好了
if (buffer_index > BUFFER_SIZE - 1)
memset(buffer, 0, 100);
// 如果 buffer_index 大于等于 BUFFER_SIZE - 1，则清空 buffer 数组中的内容，大小为 100 字节
}
USART_ClearITPendingBit(USART3, USART_IT_RXNE);
// 清除接收中断标志位，以便下一次接收
}
简单来说，当 USART3 接收到数据时，将数据存储到 buffer 数组中，并设置 buffer_ready 标志为 1 表示缓冲区已经准备好。如果 buffer_index 超出缓冲区大小，则通过 memset 函数将 buffer 数组清空。最后，清除 USART3 的接收中断标志位，以便下一次接收。
编写串口接收检查函数来判断PC端发送的数据，并返回相应的返回值
// 串口接收检查函数
uint8_t Check_devices(void)
{
if (buffer_ready) // 检查缓冲区是否已准备好
{
buffer_ready = 0; // 清除缓冲区准备好的标志位
// 判断接收到的命令
if (strstr((const char*)buffer, "UVC on") != 0)
{
buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
return 1; // 返回命令标识
}
// 判断接收到的命令
if (strstr((const char*)buffer, "UVC off") != 0)
{
buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
return 2; // 返回命令标识
}
// 判断接收到的命令
if (strstr((const char*)buffer, "fan on") != 0)
{
buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
return 3; // 返回命令标识
}
// 判断接收到的命令
if (strstr((const char*)buffer, "fan off") != 0)
{
buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
return 4; // 返回命令标识
}
}
}编写串口控制设备函数，并且根据接收检查函数的返回值来执行相应的逻辑
// 串口控制设备函数
uint8_t Control_devices(void)
{
if (Check_devices() == 1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 点亮LED
Usart_SendString(USART3, "消毒灯已开启\n\r"); // 发送消息到串口
}
if (Check_devices() == 2)
{
GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 熄灭LED
Usart_SendString(USART3, "消毒灯已关闭\n\r"); // 发送消息到串口
}
if (Check_devices() == 3)
{
GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 点亮LED
Usart_SendString(USART3, "通风扇已打开\n\r"); // 发送消息到串口
}
if (Check_devices() == 4)
{
GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 熄灭LED
Usart_SendString(USART3, "通风扇已关闭\n\r"); // 发送消息到串口
}
}总的来说，通过上面三段代码实现了一个通过 USART3 接收指令并控制设备的功能。
首先，通过 USART3 接收中断函数
USART3_IRQHandler接收数据并存储到buffer缓冲区中。然后，通过
Check_devices函数检查缓冲区中是否有指令，根据指令执行相应的操作，并通过串口发送反馈信息。
Control_devices函数根据Check_devices的返回值执行相应的设备控制操作。
总结：
通过这个问题，我熟悉了使用串口中断实现单片机与STM32之间的高效通信，同时也加深了对于串口通信的理解和掌握。希望这篇博客能够帮助到有类似学习目标的读者，也欢迎大家分享自己的经验和观点。
参考链接：
STM32串口通信—串口的接收和发送详解
作者：玄奕子
