STM32F407模拟串口通信

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,写本文的目的主要是设计思路,方便自己以后查阅。

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:

#define COM1_TX_PORT   GPIOA

#define COM1_TX_PIN    GPIO_Pin_9

void Virtual_Uart_Bytesend(u8 val)

{

u8 i=0;

COM1_TX_DATA_LOW();  // 起始位,低电平,IO口初始化时应该置为高电平

delay_us(baudRate);

    for(i = 0;i<8;i++)          // 8位数据位

{

    if (val & 0x01)

{

    COM1_TX_DATA_HIGH();

}

else

{

    COM1_TX_DATA_LOW();

}

delay_us(baudRate);

val >>= 1;

}

COM1_TX_DATA_HIGH();    // 停止位 高电平

delay_us(baudRate);

}

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:

// 模拟串口延时函数 波特率为115200 所以延时8.68us

void Vuart_delay_us(void)

{

u16 i = 0;

u32 temp;       

SysTick->LOAD=8*fac_us; //时间加载     

SysTick->VAL=0x00;         //清空计数器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数  

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待时间到达   

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器

SysTick->VAL =0X00;        //清空计数器

for (i = 0;i<4;i++)

{

__NOP;

}

}

实验现象如下图所示: 

 

主函数中调用串口发送函数。

// 发送一个字符串

void Virtual_Uart1_StringSend(u8 *str)

{

while(*str != 0)

{

Virtual_Uart1_Bytesend(*str);

str++;

}

}

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:

// 接收一个8位数据

void Virtual_Uart1_Byterecived(void)

{

timer_cnt++;

if((COM1_RX_DATA == 0)&&(recvStat == COM_STOP_BIT))  // 起始信号

{ low_cnt++;

    if (timer_cnt >= 3)

{

timer_cnt=0;

if (low_cnt>1)

{   

recvStat = COM_START_BIT;

}

low_cnt=0;

}

 return;

}

if(timer_cnt >= 3)

{  if(recvStat < COM_STOP_BIT)

        recvStat++;

}

if((recvStat == COM_STOP_BIT)&&(COM1_RX_DATA == 1))  // 空闲时,计数值清0

{

    timer_cnt = 0;

high_cnt=0;

low_cnt=0;

return;

}

if(COM1_RX_DATA == 0)

{

    low_cnt++;

high_cnt=0;

if (timer_cnt >= 3)

{

timer_cnt=0;

if (low_cnt>1)  // 3次采样里面是否有两次有效

{

recvData &= ~(1 <<(recvStat - 1));

}

low_cnt=0;

}

}

else

{

    high_cnt++;

low_cnt=0;

if (timer_cnt >= 3)

{

timer_cnt=0;

if (high_cnt>1)  // 3次采样里面是否有两次有效

{

recvData |= (1 <<(recvStat - 1));

}

high_cnt=0;

}

}

}

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:

// 串口发送函数

void Virtual_Uart1_Bytesend(void)

{

if (txdEnable == 0)

{

    Tx_timer_cnt = 0;

return;

}

Tx_timer_cnt++;

if ((txdStat == COM_STOP_BIT)&&(txdEnable == 1))

{

COM1_TX_DATA_LOW();

    if (Tx_timer_cnt >= 3)

{

Tx_timer_cnt=0;

txdStat = COM_START_BIT;

txdData = Tx_Buf[Txd_Bytes];

}

}

else if(txdStat == COM_D7_BIT)

{

COM1_TX_DATA_HIGH();

    if (Tx_timer_cnt >= 3)

{

Tx_timer_cnt=0;

txdStat = COM_STOP_BIT;

Txd_Bytes++;

if(Txd_Bytes>3)  // 测试发送三个字节

{

Txd_Bytes = 0;

    txdEnable = 0;

}

}

}

else

{     

if (txdData & 0x01)

{

    COM1_TX_DATA_HIGH();

}

else

{

    COM1_TX_DATA_LOW();

}

if (Tx_timer_cnt >= 3)

{

Tx_timer_cnt=0;

txdData >>= 1;

txdStat++;

}

}

}

实验现象,串口每隔1s发送四个字节的数据1234,如下图所示

以上基本实现了模拟串口数据的发送和接收,可能有很多地方可以优化,后续会更新。 

记录时间:2017年7月19日11:49:12

记录地点:XH

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