【分享帖】从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 III [UART & USART]

Alchemic Ronin · 2020-3-25 01:22:07

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可以移步到 从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 III [UART & USART]

从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 III [UART & USART]
1.0 什么是UART和USART？有什么区别嘛？
1.1 UART定义

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter：通用异步收发传输器，是一种串行异步收发协议，应用十分广泛。UART工作原理是将数据的二进制位一位一位的进行传输。在UART通讯协议中信号线上的状态位高电平代表’1’低电平代表’0’。当然两个设备使用UART串口通讯时，必须先约定好传输速率和一些数据位。分类属于并行传输，通常1字节数据的8位同时传输，结束后再继续传第2个字节，如同波浪一般，一波一波传输。

1.2 UART与USART的区别

UART

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从图上可以看出整个传输过程。首先，在没有数据传输任务的时候，互相之间都是高电平 ( 1 ) ，然后，在有传输任务的时候，有1.5字节宽的起始信号，然后开始传输真正的信号，结束任务后，再给1.5字节宽的结束信号，最后回归没有数据传输的高电平。

USART <– Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter 通用同步异步接收发送器

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USART是UART的升级版，区别在于多了CLK线，在CLK没有信号的时候，就表明没有数据传输任务，有CLK信号的时候，就是正在传输信号，并且CLK提供了时钟同步功能，效验也更精确。但在实际使用的时候，其实并不会感觉UART和USART有很大的区别，除非接触非常底层的东西。

2.0 UART和USART在哪里？

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UART
- UART7
尽管大疆第一个图中标明的是USART7，但是其实只能使用异步通讯，也就是普通的UART。
- UART8
尽管大疆第一个图中标明的是USART8，但是其实只能使用异步通讯，也就是普通的UART。
USART
- USART6
DJI ON BOARD SDK
- USART3
这个是大疆预留的官方接口，与一般的USART的接线不同，不能直接使用，也不推荐使用。

3.0 UART和USART有啥用？

与PC端通讯
可以作为Debug的一种手段，或者监控数据流通的方法。
与其他设备通讯
比如两个MCU互相通讯，也就是作为主从机来使用。

4.0 UART和USART的两种不同使用模式
4.1 Polling

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

复制代码

参数
- huart：指向UART引脚配置结构体
- pData：指向需要传输的字符串
- Size：传输数据的字节大小
- Timeout：最大等待完成时限，单位为毫秒，也可以用HAL_MAX_DELAY来直接无限等待
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果传输完成，返回HAL_OK；如果没有在时限内完成，返回HAL_TIMEOUT；如果在传输出错，返回HAL_ERROR；如果该UART正在被占用，返回HAL_BUSY

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

复制代码

参数
- huart：指向UART引脚配置结构体
- pData：指向需要传输的字符串
- Size：传输数据的字节大小
- Timeout：最大等待完成时限，单位为毫秒，也可以用HAL_MAX_DELAY来直接无限等待
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果传输完成，返回HAL_OK；如果没有在时限内完成，返回HAL_TIMEOUT；如果在传输出错，返回HAL_ERROR；如果该UART正在被占用，返回HAL_BUSY

4.2 Interrupt

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

复制代码

参数
- huart：指向UART引脚配置结构体
- pData：指向需要传输的字符串
- Size：传输数据的字节大小
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果传输完成，返回HAL_OK；如果在传输出错，返回HAL_ERROR；如果该UART正在被占用，返回HAL_BUSY

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

复制代码

参数
- huart：指向UART引脚配置结构体
- pData：指向需要传输的字符串
- Size：传输数据的字节大小
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果传输完成，返回HAL_OK；如果在传输出错，返回HAL_ERROR；如果该UART正在被占用，返回HAL_BUSY

这里的函数并不是直接接收数据，而是表明开启UART的Interrupt模式接收完数据后，该UART的Interrupt模式会自动关闭，需要再手动开启

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
......
}

复制代码

在写代码的时候，在main.c中创建HAL_UART_TxCpltCallback函数
在该函数中填写UART发送结束后，需要执行的代码

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
......
}

复制代码

在写代码的时候，在main.c中创建HAL_UART_RxCpltCallback函数
在该函数中填写UART接收结束后，需要执行的代码

5.0 练习项目
5.1 项目简介

电脑控制LED灯：在电脑上按下r，反转红色LED状态，按下g，反转绿色LED状态，按下1～8，反转对应的LED1～8的状态，并且返回打印反转的LED灯号

5.2 芯片配置

芯片视角

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GPIO配置列表

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NVIC配置列表

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5.3 项目代码

我只放了main.c，完整的工程文件可以在这里找到！
Src/main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
*
* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
* the "License"; You may not use this file except in compliance with the
* License. You may obtain a copy of the License at:
* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart7;
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_UART7_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
char readBuf[1];
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_UART7_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart7,(uint8_t*)readBuf,1);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
/** Configure the main internal regulator output voltage
*/
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3);
/** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/**
* @brief UART7 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_UART7_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN UART7_Init 0 */
/* USER CODE END UART7_Init 0 */
/* USER CODE BEGIN UART7_Init 1 */
/* USER CODE END UART7_Init 1 */
huart7.Instance = UART7;
huart7.Init.BaudRate = 115200;
huart7.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart7.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart7.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart7.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart7.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart7.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart7) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN UART7_Init 2 */
/* USER CODE END UART7_Init 2 */
}
/**
* @brief GPIO Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD8_Pin|LD7_Pin|LD6_Pin|LD5_Pin
|LD4_Pin|LD3_Pin|LD2_Pin|LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(LD_RED_GPIO_Port, LD_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(LD_GREEN_GPIO_Port, LD_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pins : LD8_Pin LD7_Pin LD6_Pin LD5_Pin
LD4_Pin LD3_Pin LD2_Pin LD1_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = LD8_Pin|LD7_Pin|LD6_Pin|LD5_Pin
|LD4_Pin|LD3_Pin|LD2_Pin|LD1_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : LD_RED_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = LD_RED_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(LD_RED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : LD_GREEN_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = LD_GREEN_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(LD_GREEN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *UartHandle){
switch(readBuf[0]){
case 'r':
HAL_GPIO_TogglePin(LD_RED_GPIO_Port,LD_RED_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED_RED!\r\n",strlen("LED_RED!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case 'g':
HAL_GPIO_TogglePin(LD_GREEN_GPIO_Port,LD_GREEN_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED_GREEN!\r\n",strlen("LED_GREEN!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '1':
HAL_GPIO_TogglePin(LD1_GPIO_Port,LD1_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED1!\r\n",strlen("LED1!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '2':
HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port,LD2_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED2!\r\n",strlen("LED2!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '3':
HAL_GPIO_TogglePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED3!\r\n",strlen("LED3!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '4':
HAL_GPIO_TogglePin(LD4_GPIO_Port,LD4_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED4!\r\n",strlen("LED4!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '5':
HAL_GPIO_TogglePin(LD5_GPIO_Port,LD5_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED5!\r\n",strlen("LED5!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '6':
HAL_GPIO_TogglePin(LD6_GPIO_Port,LD6_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED6!\r\n",strlen("LED6!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '7':
HAL_GPIO_TogglePin(LD7_GPIO_Port,LD7_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED7!\r\n",strlen("LED7!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
case '8':
HAL_GPIO_TogglePin(LD8_GPIO_Port,LD8_Pin);
HAL_UART_Transmit(&huart7,(uint8_t*)"LED8!\r\n",strlen("LED8!\r\n"),HAL_MAX_DELAY);
break;
}
HAL_UART_Receive_IT(&huart7,(uint8_t*)readBuf,1);
}
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

复制代码

5.4 效果展示

http://player.bilibili.com/player.html?aid=96401006&cid=164568509&page=1

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