STM32F407模拟串口实现-白红宇

STM32F407模拟串口实现

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发布时间：2019-06-18

本文共 5777 字，大约阅读时间需要 19 分钟。

一、背景

最近做一个项目，需要用STM32F407来做7路串口通信，由于芯片最多只有6路，所以只能用IO口来模拟串口通信。在网上查找了很多模拟串口的资料，决定串口发送采用延时的方式，串口接收采用外部中断+定时器中断来实现。外部中断检测第一次检测下降沿表明接收到了起始位，通过定时器中断定时检测接收IO口上的电平，从而判断接收的是0还是1.

二、正文

1）、串口发送：

由于串口发送的函数比较简单，所以先从发送开始做起，首先咱们来熟悉一下串口协议，1位起始位+8位数据位+1位奇偶校验位+1位停止位（其中停止位可能为0.5位,1位,1.5位或2位，可以选择）。串口异步传输在空闲状态时都必须是高电平。

由于现在是模拟串口，暂时不考虑复杂的奇偶校验位，所以采用的格式为：1位起始位+8位数据位+1位奇偶校验位+1位停止位。项目需要采用的波特率为115200，所以每发送1bit数据需要的时间：1/115200=8.68us.

模拟串口发送发送函数：

1 #define COM1_TX_PORT   GPIOA 2  3 #define COM1_TX_PIN    GPIO_Pin_9 4  5 void Virtual_Uart_Bytesend(u8 val) 6  7 { 8  9 u8 i=0;10 11 COM1_TX_DATA_LOW();  // 起始位，低电平，IO口初始化时应该置为高电平12 13 delay_us(baudRate);14 15     for(i = 0;i<8;i++)          // 8位数据位16 17 {18 19     if (val & 0x01)20 21 {22 23     COM1_TX_DATA_HIGH();24 25 }26 27 else28 29 {30 31     COM1_TX_DATA_LOW();32 33 }34 35 delay_us(baudRate);36 37 val >>= 1;38 39 }40 41 COM1_TX_DATA_HIGH();    // 停止位 高电平42 43 delay_us(baudRate);44 45 }

以上代码完全是根据协议的格式来写的，思路很简单，里面最重要的一个参数是这个baundRate;这个参数根据不同的波特率而不同，并且实际值和理论值算出来的时间可能有些差别，调试发现STM32F4的误差比较小，基本上理论值和实际值一样就可以正常通信。波特率为115200，延时理论上为8.68us。但是问题就来了，STM32F407例程delay.c里给的延时函数最小单位为us,设置baundRate=8或者9通信偶尔能够正常接收，但是很多时候是乱码，如下图：

如何解决这一问题呢，首先想到是设计一个延时0.1us或者更小的延时函数来实现，需要了解SRM32F4的时钟部分，这部分暂时没有去研究

第二种方法：采用nop来延时+滴答定时器定时8s

也就是用定时器定时8s,然后在加上nop指令延时，然后实际调试用一个for循环增加4个nop指令左右就能正常接收。具体延时函数实现如下：

1 // 模拟串口延时函数 波特率为115200 所以延时8.68us 2  3 void Vuart_delay_us(void) 4  5 { 6  7 u16 i = 0; 8  9 u32 temp;       10 11 SysTick->LOAD=8*fac_us; //时间加载     12 13 SysTick->VAL=0x00;         //清空计数器14 15 SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数   16 17 do18 19 {20 21 temp=SysTick->CTRL;22 23 }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待时间到达   24 25 SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器26 27 SysTick->VAL =0X00;        //清空计数器 28 29 for (i = 0;i<4;i++)30 31 {32 33 __NOP;34 35 }36 37 }

实验现象如下图所示：

主函数中调用串口发送函数。

1 // 发送一个字符串 2  3 void Virtual_Uart1_StringSend(u8 *str) 4  5 { 6  7 while(*str != 0) 8  9 {10 11 Virtual_Uart1_Bytesend(*str);12 13 str++;14 15 }16 17 }

2）、串口接收

串口接收比较复杂，暂未研究。

以上的串口接收对实现1模拟串口还可以，但是项目需要用的2个或者更多的模拟串口就不适合了，需要更改一下思路，开辟一个新的定时器，定时器的优先级需要开到最高，定时1/（波特率*3倍）s，这里波特率设置为115200，所以定时时间为2.89us,波特率越高对定时器的要求就越高，幸好STM32F407非常强大，这么高的串口波特率需要定时至少2us左右才能实现模拟串口的正常通信。基本思路分为接收和发送。

接收时：定时器定时去扫描IO口的状态，当3次里面检测到有至少2次低电平时，则判断该电平为低电平。首先是设计定时器定时0.289us,参考原子的官方定时器中断例程，定时函数如下：

TIM3_Int_Init(5000-1,8400-1); // 定时器时钟84M，分频系数8400，所以84M/8400=10Khz的计数频率，计数5000次为500ms

更改为

TIM3_Int_Init(242,1-1); //定时器时钟84M，分频系数1，所以84M/1=84Mhz的计数频率，计数242次为2.89us

不分频时，如果计数1次则定时的时间为1/84MHz=0.0119us，所以将计数值更改为242，则定时时间=1/84MHz * 242 = 2.88us

定时器初始化函数在主函数初始化时候调用，值得注意的是定时器的优先级应该设置为最高，即修改定时初始化函数如下：

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; // 抢占优先级0 优先级设置为最高

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x00; // 子优先级0 优先级设置为最高

设计好定时器之后，接下来是设计一个8位数据接收函数，主要思路是通过一个状态机、定时计数变量（计数三次表示8.6us）、高电平计数变量和低电平计数变量（分别用于三次采样里面有几次是能踩到高电平或者低电平）。

变量定义如下：

static u32 recvStat = COM_STOP_BIT; // 定义状态机

static u8 recvData = 0; // 定义一个接收数据变量

static u32 timer_cnt = 0; // 定时总次数

static u32 high_cnt = 0; // 高电平检测次数

static u32 low_cnt = 0; // 低电平检测次数

状态机定义在头文件中：

enum{

COM_START_BIT, //起始位

COM_D0_BIT, //bit0

COM_D1_BIT, //bit1

COM_D2_BIT, //bit2

COM_D3_BIT, //bit3

COM_D4_BIT, //bit4

COM_D5_BIT, //bit5

COM_D6_BIT, //bit6

COM_D7_BIT, //bit7

COM_STOP_BIT, //bit8

};

//定义接收引脚

#define COM1_RX_DATA GPIO_ReadInputDataBit(COM1_RX_PORT,COM1_RX_PIN) // 接收引脚

具体函数实现如下：

1 // 接收一个8位数据  2   3 void Virtual_Uart1_Byterecived(void)  4   5 {  6   7 timer_cnt++;  8   9 if((COM1_RX_DATA == 0)&&(recvStat == COM_STOP_BIT))  // 起始信号 10  11 { low_cnt++; 12  13     if (timer_cnt >= 3) 14  15 { 16  17 timer_cnt=0; 18  19 if (low_cnt>1) 20  21 {    22  23 recvStat = COM_START_BIT; 24  25 } 26  27 low_cnt=0; 28  29 } 30  31  return; 32  33 } 34  35 if(timer_cnt >= 3) 36  37 {  if(recvStat < COM_STOP_BIT) 38  39         recvStat++; 40  41 } 42  43 if((recvStat == COM_STOP_BIT)&&(COM1_RX_DATA == 1))  // 空闲时，计数值清0 44  45 { 46  47     timer_cnt = 0; 48  49 high_cnt=0; 50  51 low_cnt=0; 52  53 return; 54  55 } 56  57 if(COM1_RX_DATA == 0) 58  59 { 60  61     low_cnt++; 62  63 high_cnt=0; 64  65 if (timer_cnt >= 3) 66  67 { 68  69 timer_cnt=0; 70  71 if (low_cnt>1)  // 3次采样里面是否有两次有效 72  73 { 74  75 recvData &= ~(1 <<(recvStat - 1)); 76  77 } 78  79 low_cnt=0; 80  81 } 82  83 } 84  85 else 86  87 { 88  89     high_cnt++; 90  91 low_cnt=0; 92  93 if (timer_cnt >= 3) 94  95 { 96  97 timer_cnt=0; 98  99 if (high_cnt>1)  // 3次采样里面是否有两次有效100 101 {102 103 recvData |= (1 <<(recvStat - 1));104 105 }106 107 high_cnt=0;108 109 }110 111 }112 113 }

实验现象如下：

发送：发送思路比接收更简单，只要按照串口的协议来发送即可。首先是发送起始位，3个定时器周期后发送八位数据位，最后发送停止位。源代码如下：

1 // 串口发送函数  2   3 void Virtual_Uart1_Bytesend(void)  4   5 {  6   7 if (txdEnable == 0)  8   9 { 10  11     Tx_timer_cnt = 0; 12  13 return; 14  15 } 16  17 Tx_timer_cnt++; 18  19 if ((txdStat == COM_STOP_BIT)&&(txdEnable == 1)) 20  21 { 22  23 COM1_TX_DATA_LOW(); 24  25     if (Tx_timer_cnt >= 3) 26  27 { 28  29 Tx_timer_cnt=0; 30  31 txdStat = COM_START_BIT; 32  33 txdData = Tx_Buf[Txd_Bytes]; 34  35 } 36  37 } 38  39 else if(txdStat == COM_D7_BIT) 40  41 { 42  43 COM1_TX_DATA_HIGH(); 44  45     if (Tx_timer_cnt >= 3) 46  47 { 48  49 Tx_timer_cnt=0; 50  51 txdStat = COM_STOP_BIT; 52  53 Txd_Bytes++; 54  55 if(Txd_Bytes>3)  // 测试发送三个字节 56  57 { 58  59 Txd_Bytes = 0; 60  61     txdEnable = 0; 62  63 } 64  65 } 66  67 } 68  69 else 70  71 {      72  73 if (txdData & 0x01) 74  75 { 76  77     COM1_TX_DATA_HIGH(); 78  79 } 80  81 else 82  83 { 84  85     COM1_TX_DATA_LOW(); 86  87 } 88  89 if (Tx_timer_cnt >= 3) 90  91 { 92  93 Tx_timer_cnt=0; 94  95 txdData >>= 1; 96  97 txdStat++; 98  99 }100 101 }102 103 }

实验现象，串口每隔1s发送四个字节的数据1234，如下图所示