实验三-STM32串口通信

一、了解串口协议和RS-232标准，以及RS232电平与TTL电平的区别；了解"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。

1.何为串口通信协议

​ 串口通信指两个或两个以上的设备使用串口按位（bit）发送和接收字节。可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。 串口通信协议就是串口通讯时共同遵循的协议。 协议的内容是每一个bit 所代表的意义。 常用的串口通信协议 有以下几种:

1 RS-232（ANSI/EIA-232标准） 只支持 点对点， 最大距离 50英尺。最大速度为128000bit/s， 距离越远 速度越慢。 支持全双工（发送同时也可接收）。
2 RS-422（EIA RS-422-AStandard），支持点对多一条平衡总线上连接最多10个接收器 将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（约1219米），所以在100kbps速率以内，传输距离最大。支持全双工（发送同时也可接收）。
3 RS-485（EIA-485标准）是RS-422的改进， 支持多对多（2线连接），从10个增加到32个，可以用超过4000英尺的线进行串行通行。速率最大10Mbps。支持全双工（发送同时也可接收）。2线连接时 是半双工状态。

2.RS-232

RS-232标准接口（又称EIA RS-232）是常用的串行通信接口标准之一，它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定，其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

3.TTL电平与RS232电平的区别
什么是TTL电平、RS232电平？它们有什么区别呢？

3. TTL电平标准

输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。

输入 L： <1.2V ； H：>2.0V

TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有(0.8-0)/2=0.4V，高电平的噪声容限为(5-2.4)/2=1.3V。

RS232标准

在TXD和RXD数据线上：
　　（1）逻辑1为-3~-15V的电压
　　（2）逻辑0为3~15V的电压
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
　　（1）信号有效（ON状态）为3~15V的电压
　　（2）信号无效（OFF状态）为-3~-15V的电压
这是由通信协议RS-232规定的。
RS-232：标准串口，最常用的一种串行通讯接口。有三种类型(A,B和C)，它们分别采用不同的电压来表示on和off。最被广泛使用的是RS-232C，它将mark(on)比特的电压定义为-3V到-12V之间，而将space(off)的电压定义到+3V到+12V之间。传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

4、了解“USB/TTL转232“模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。

CH340 是一个USB 总线的转接芯片，实现USB 转串口、USB 转IrDA 红外或者USB 转打印口。为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，RS-232标准使用-15V 表示逻辑 1， +15V 表示逻辑 0。常常会使用 MH340芯片对 USB/TTL与RS-232电平的信号进行转换。

二、串口传输文件

1、准备

将TTL连接为如图所示:

注意：①两USB串口对应链接 RXD，TXD反串连接 ②TXD -> RXD 后将Usb串口接到电脑com口出

安装串口调试助手

2、传输操作

启动串口调试助手并打开串口，将两台电脑调制相同的波特率，本例使用115200波特率

然后开始发送文件，我发送的是一张png图片

然后等待发送完毕

接收端接受文件的设置如下图所示勾选：

接收端如图所示:

之后接收端在串口调试助手的安装目录里能找到传送过来的txt文件，将其另存为png文件:

在接收端能够打开图片,说明传输成功。

二、任务1:基于HAL库的串口通信

• STM32系统给上位机（win10）连续发送“hello windows！”，win10采用“串口助手”工具接收。如果STM32的连续发送之间不加延时语句，观察win10端是否出现接收数据丢失的现象。
• 在完成以上任务基础，继续扩展功能：当上位机给stm32发送一个字符“#”后，stm32暂停发送“hello windows！”；发送一个字符“*”后，stm32继续发送；

1.在STM32CubeMX上为芯片设置引脚、配置时钟，在Keil中生成代码

• 配置USART,NVIC

2. 硬件选型与引脚设置

• 选择STM32芯片型号： STM32F103C8T6
• 引脚设置：
  • 配置GPIO端口，如GPIOA的PA4方便观察验证烧录。
    

3. 时钟配置

• 开启HSE时钟： 8 MHz外部晶振

• 配置时钟树： 确保系统时钟设置正确满足应用需求。

  

4. 代码生成

• 生成初始化代码： 点击“GENERATE CODE”，选择Keil uVision5作为工具链。

5. 编写Keil中的代码

5.1 查看工程

• cubemx为我们生成了工程代码模版。

  

5.2 主函数实现

• 在 main.c 中编写LED闪烁逻辑，使用 HAL_UART_Transmit 发送数据。

int main(void)
{

  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
	
	
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&order, 1);

  while (1)
  {

	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&message,strlen(message),0xFFFF); 
	HAL_Delay(1000);
			
  }
}

6. 分析代码部分

• HAL库调用： 通过简化的API接口控制硬件。

• 延时函数： HAL_Delay()用于实现LED的闪烁时间。

• **HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef huart, uint8_t pData, uint16_t Size)

  功能：串口通过DMA发送指定长度的数据。
  参数：
  UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名 如 : UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1
  *pData 需要发送的数据
  Size 发送的字节数

7.电路板连接

​

8. 使用软件烧录

点击开始编程烧录在keil中生成的hex文件。

8.使用串口助手观察数据传输效果

• 查看接收区:

  

  成功收到了数据。

9. 波形观察

• 观察波形： 开始仿真,利用利用逻辑分析仪工具查看GPIO引脚的数字信号波形，验证LED闪烁周期。

9. 实验总结

总结要点：

• 熟练掌握了STM32CubeMX引脚配置与代码生成。
• 使用HAL库显著简化了GPIO操作过程。
• 通过Keil仿真有效验证了代码逻辑的正确性。

反思与展望：

• 进一步熟悉中断配置与处理，提升系统响应效率。
• 探索更加复杂的外设如UART、I2C以扩展应用范围。

二、任务2:拓展:发送数据检测

• 继续扩展功能：当上位机给stm32发送一个字符“#”后，stm32暂停发送“hello windows！”；发送一个字符“*”后，stm32继续发送；

1.在STM32CubeMX上为芯片设置引脚、配置时钟，在Keil中生成代码

• 配置中断时打开usart中断。

2. 硬件选型与引脚设置(与任务1一致)

3. 时钟配置(与任务1一致)

4. 代码生成(与任务1一致)

5. 编写Keil中的代码(与任务1一致)

5.1 print函数重写

#include <stdio.h>

int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

5.2 主函数实现

• main部分:

int main(void)
{

  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&order, 1);

  while (1)
  {
	if(flag==1)
	{
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&message,strlen(message),0xFFFF); 
	HAL_Delay(1000);
	}
			
  }
}

6. 分析代码部分

• GPIO初始化： 使用HAL库的GPIO初始化函数对端口设置。
• HAL库调用： 通过简化的API接口控制硬件。
• 延时函数： HAL_Delay()用于实现延时。
• 中断控制部分: 使用HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&order, 1);函数检测接收数据,并用flag变量存储。
• while循环部分: 当flag为1时,继续发送数据。

7. 实验现象

• 完成上述步骤后,将程序下载到芯片中。

• **现象描述：**接收到*开始发送。

  

  接收到#停止发送。

  

6. 实验总结

总结要点：

• 熟练掌握了STM32CubeMX引脚配置与代码生成。
• 通过Keil仿真有效验证了代码逻辑的正确性。
• 了解了中断的相关应用

反思与展望：

• 进一步熟悉中断配置与处理，提升系统响应效率。
• 探索更加复杂的外设如UART、I2C以扩展应用范围。

三、学习STM32中断、DMA通信原理和编程方法。使用stm32tubemx和HAL库分别完成以下编程练习

• 采用串口中断方式重做上面任务二（2）的串口通信实验。

• STM32采用串口DMA方式，用115200bps或更高速率向上位机连续发送数据

  1.继续使用cubemx生成工程,不同之处是配置dma。

  

2.代码:

int main(void)
{
  uint8_t Senbuff[] = "Hello world\n";
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
	


  while (1)
  {
	HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)Senbuff, sizeof(Senbuff));
  HAL_Delay(1000);
}

}

3.代码分析:

3.1 HAL_UART_Transmit_DMA函数:

功能：串口通过DMA发送指定长度的数据。
参数：
UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名 如 : UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1
*pData 需要发送的数据
Size 发送的字节数

4.实际效果

四、 在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察任务二（1）串口输出波形，并分析时序状态正确与否，计算波特率实际为多少。

1. 设置仿真环境

• 在Keil中调试设置,如下图所示。

2 波形观察

• 开始仿真,利用利用逻辑分析仪工具查看数字信号波形。