單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與調(diào)試-基于STM32F1xx機(jī)型和HAL庫(kù)函數(shù) 課件 任務(wù)9.2 兩臺(tái)STM32單片機(jī)UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作

（stm32機(jī)型）石梅香項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制任務(wù)9.2兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試總目錄1項(xiàng)目1、利用GPIO和位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警

2項(xiàng)目2、利用SysTick實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警與控制

3項(xiàng)目3、利用按鍵查詢實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示

4項(xiàng)目4、利用外部中斷實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示

5項(xiàng)目5、利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速6項(xiàng)目6、利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示和打包控制

7項(xiàng)目7、利用DAC實(shí)現(xiàn)LED亮度控制8項(xiàng)目8、利用ADC實(shí)現(xiàn)土壤濕度采集

項(xiàng)目總目標(biāo)項(xiàng)目總目標(biāo)通過(guò)UART與UART通信、UART與PC機(jī)通信等工作任務(wù)，掌握UART通信電路與程序設(shè)計(jì)方法。具體包括：1、了解單片機(jī)串行通信基本概念，能夠說(shuō)出串行通信特點(diǎn)與分類；2、理解STM32F10x的UART結(jié)構(gòu)組成與工作特性，能夠?qū)φ战Y(jié)構(gòu)框圖說(shuō)出其基本工作過(guò)程；3、掌握基于STM32F10xUART的電路設(shè)計(jì)方法，能進(jìn)行基本獨(dú)立設(shè)計(jì)與調(diào)試；4、掌握基于HAL庫(kù)函數(shù)的STM32F10xUART編程方法，能獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)；5、會(huì)查找相關(guān)資料、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。子目錄9項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制9.1任務(wù)9.1 認(rèn)識(shí)STM32單片機(jī)的USART9.2任務(wù)9.2 兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試9.3任務(wù)9.3 STM32UART與PC機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試任務(wù)9.2兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試一、任務(wù)要求（一）總目標(biāo)1、能畫出兩臺(tái)STM32UART通信電路；2、能利用HAL_UART_Receive（）和HAL_UART_Transmit（）庫(kù)函數(shù)編寫兩臺(tái)STM32UART通信程序。（二）具體任務(wù)描述按下1#機(jī)K_UP鍵（PA0）： 點(diǎn)亮2#機(jī)LED0；按下1#機(jī)K_DOWN鍵（PE2）： 熄滅2#機(jī)LED0；按下1#機(jī)K_LEFT鍵（PE3）： 點(diǎn)亮2#機(jī)LED0~LED7；按下1#機(jī)K_RIGHT鍵（PE4）： 熄滅2#機(jī)LED0~LED7。分組討論要實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)STM32的UART通信，電路和程序應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)討論與發(fā)言方案設(shè)計(jì)圖9.2.1系統(tǒng)方框圖電路設(shè)計(jì)由于1#機(jī)只發(fā)送，2#機(jī)只接收，圖中虛線也可以不接程序設(shè)計(jì)與調(diào)試1、1#程序文件布局與框架搭建程序設(shè)計(jì)與調(diào)試2、1#程序流程圖程序設(shè)計(jì)與調(diào)試3、1#程序主程序（1）第5行：聲明UART操作變量UART1_Handler，指出它是一個(gè)extern型變量（該變量在文件uart.c中被定義），數(shù)據(jù)類型是UART_HandleTypeDef。關(guān)于UART_HandleTypeDef類型詳情參見表9.2.1。（2）第7行：定義變量TX_Char，該變量用于存儲(chǔ)準(zhǔn)備從UART發(fā)送的數(shù)據(jù)。（3）第13行，調(diào)用函數(shù)UART1_Init（），初始化UART。該函數(shù)在uart.c中定義，帶一個(gè)參數(shù)，用于指出波特率，這里是9600bps。（4）第16～20行：進(jìn)行按鍵采集，根據(jù)按鍵情況為變量TX_Char賦值。第22行：使用了庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Transmit（），將變量TX_Char的值送入U(xiǎn)ART進(jìn)行發(fā)送。該函數(shù)共有4個(gè)參數(shù)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試4、1#UART程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試4、1#UART程序設(shè)計(jì)（1）第2行：定義UART操作變量名為UART1_Handler，數(shù)據(jù)類型固定為UART_HandleTypeDef，用于指出用哪個(gè)UART，怎么發(fā)送或接收，具體要求參見表9.2.1。（2）第4～14行：UART初始化函數(shù)。該函數(shù)帶一個(gè)參數(shù)baund，用于指出波特率。（3）第5～11行用于設(shè)置變量UART1_Handler，指出使用USART1，波特率=bound、數(shù)據(jù)位+校驗(yàn)位字長(zhǎng)=8、1個(gè)停止位、無(wú)校驗(yàn)位、無(wú)硬件流控制、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模式。對(duì)于本應(yīng)用，由于1#機(jī)只進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，也可將其設(shè)置為數(shù)據(jù)發(fā)送模式（UART_MODE_TX）。（4）第13行調(diào)用UART初始化庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Init（），按照變量UART1_Handler的值進(jìn)行UART初始化。該庫(kù)函數(shù)定義參見表9.2.2。（5）第19～35行：執(zhí)行UART初始化庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Init（）時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用庫(kù)函數(shù)HAL_UART_MspInit（）。此庫(kù)函數(shù)內(nèi)容可自行編寫。我們?cè)谶@里開啟USART1和GPIOA時(shí)鐘，初始化USART1的引腳PA9（Tx）和PA10（Rx）。注意PA9應(yīng)設(shè)置為復(fù)用推挽輸出，PA10應(yīng)設(shè)置為復(fù)用輸入。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5、UART相關(guān)庫(kù)函數(shù)解讀表9.2.1

UART操作變量UART操作變量數(shù)據(jù)類型：

UART_HandleTypeDef

typedef

struct

{ USART_TypeDef *Instance；

//UART名，取值有5個(gè)：USART1～USART3、UART4～UART5

UART_InitTypeDef

Init；

//UART初始化參數(shù)，定義見本表第3、4行

uint8_t *pTxBuffPtr；

//UART發(fā)送緩沖區(qū)首地址，指針變量

uint16_t TxXferSize；

//UART發(fā)送緩沖區(qū)長(zhǎng)度

uint16_t TxXferCount；

//UART發(fā)送計(jì)數(shù)器uint8_t *pRxBuffPtr；

//UART接收緩沖區(qū)首地址，指針變量

uint16_t RxXferSize；

//UART接收緩沖區(qū)長(zhǎng)度

uint16_t RxXferCount；

//UART接收計(jì)數(shù)器

DMA_HandleTypeDef *hdmatx；

//DMA

發(fā)送參數(shù)

DMA_HandleTypeDef *hdmarx；

//DMA

接收參數(shù)HAL_LockTypeDef Lock；

//鎖定對(duì)象

__IO

HAL_UART_StateTypeDefgState；

//發(fā)送狀態(tài)

__IO

HAL_UART_StateTypeDefRxState //接收狀態(tài)__IOuint32_t ErrorCode；

//錯(cuò)誤代碼}UART_HandleTypeDef；

UART初始化數(shù)據(jù)類型：

UART_InitTypeDeftypedef

struct

{ uint32_t BaudRate；

//波特率

uint32_t WordLength；

//字長(zhǎng)（數(shù)據(jù)位+奇偶校驗(yàn)位）

，有8位和9位兩個(gè)取值://UART_WORDLENGTH_8B（8位）、

UART_WORDLENGTH_9B（9位）uint32_t StopBits；

//停止位，有1和2兩個(gè)取值：UART_STOPBITS_1、UART_STOPBITS_2uint32_t Parity；

//奇偶校驗(yàn)位，有三個(gè)取值：//UART_PARITY_NONE（無(wú)）、UART_PARITY_EVEN（偶）

、UART_PARITY_ODD（奇）

uint32_t Mode；

//模式，有三個(gè)取值：//UART_MODE_RX（接收）、UART_MODE_TX（發(fā)送）、UART_MODE_TX_RX（發(fā)送-接收）uint32_t HwFlowCtl；

//硬件流控制，有四個(gè)取值：UART_HWCONTROL_NONE（無(wú)）、

//UART_HWCONTROL_RTS、UART_HWCONTROL_CTS、UART_HWCONTROL_RTS_CTS uint32_t OverSampling；

//過(guò)采樣系數(shù)，默認(rèn)為16。如果定義了USART_CR1_OVER8，則默認(rèn)為8。

}UART_InitTypeDef；程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5、UART相關(guān)庫(kù)函數(shù)解讀表9.2.2

UART初始化庫(kù)函數(shù)UART初始化函數(shù)：

HAL_UART_Init（&UART操作變量）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Init（UART_HandleTypeDef

*huart）

功能：初始化UART，并隱性調(diào)用庫(kù)函數(shù)HAL_UART_MSPInit（）。入口參數(shù)：huart，指出對(duì)哪個(gè)UART/USART進(jìn)行初始化，如何初始化。數(shù)據(jù)類型為：

UART_HandleTypeDef

，結(jié)構(gòu)體變量，其定義見表9.2.1。返回值：類型為HAL_StatusTypeDef，有四個(gè)取值：HAL_OK=0x00；

HAL_ERROR=0x01；

HAL_BUSY=0x02；

HAL_TIMEOUT=0x03

UART初始化隱性調(diào)用函數(shù)：

HAL_UART_MSPInit（UART_HandleTypeDef

*huart）函數(shù)原型：__weakvoidHAL_UART_MSPInit（UART_HandleTypeDef

*huart）

功能：會(huì)被

HAL_UART_Init（）自動(dòng)調(diào)用，用于完善UART初始化內(nèi)容，例如開啟UART時(shí)鐘，初始化相關(guān)引腳，設(shè)置中斷等。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5、UART相關(guān)庫(kù)函數(shù)解讀表9.2.3

UART發(fā)送庫(kù)函數(shù)（查詢方式）查詢發(fā)送函數(shù)：

HAL_UART_Transmit（&UART操作變量，&數(shù)據(jù)首地址，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，超時(shí)時(shí)間）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDef

HAL_UART_Transmit（UART_HandleTypeDef

*huart，

uint8_t

*pData，

uint16_t

Size，

uint32_t

Timeout）功能：按照huart的設(shè)置，以查詢方式進(jìn)行UART數(shù)據(jù)發(fā)送。發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址由pData指出，數(shù)據(jù)串長(zhǎng)度是Size，超時(shí)時(shí)間是Timeout。入口參數(shù)1：huart，是UART操作變量，數(shù)據(jù)類型為UART_HandleTypeDef

，結(jié)構(gòu)體變量。指出用哪個(gè)USART/UART發(fā)送。入口參數(shù)2：pData，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址，指針變量。入口參數(shù)3：size，發(fā)送緩沖區(qū)長(zhǎng)度。入口參數(shù)4：Timeout，超時(shí)時(shí)間，單位是ms。返回值：HAL_StatusTypeDef，有四個(gè)取值：HAL_OK=0x00；

HAL_ERROR=0x01；

HAL_BUSY=0x02；

HAL_TIMEOUT=0x03表9.2.4

UART接收庫(kù)函數(shù)（查詢方式）查詢接收函數(shù)：

HAL_UART_Receive（&UART操作變量，&數(shù)據(jù)首地址，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，超時(shí)時(shí)間）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDef

HAL_UART_Receive（UART_HandleTypeDef

*huart，

uint8_t

*pData，

uint16_t

Size，

uint32_t

Timeout）功能：按照huart的設(shè)置，以查詢方式進(jìn)行UART數(shù)據(jù)接收。接收數(shù)據(jù)首地址由pData指出，數(shù)據(jù)串長(zhǎng)度是Size，超時(shí)時(shí)間是Timeout。入口參數(shù)1：huart，是UART操作變量，數(shù)據(jù)類型為UART_HandleTypeDef

，結(jié)構(gòu)體變量。指出用哪個(gè)USART/UART接收。入口參數(shù)2：pData，接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址，指針變量。入口參數(shù)3：size，接收緩沖區(qū)長(zhǎng)度。入口參數(shù)4：Timeout，超時(shí)時(shí)間，單位是ms。返回值：HAL_StatusTypeDef，有四個(gè)取值：HAL_OK=0x00；

HAL_ERROR=0x01；

HAL_BUSY=0x02；

HAL_TIMEOUT=0x03程序設(shè)計(jì)與調(diào)試6、按鍵程序程序設(shè)計(jì)與調(diào)試7、利用串口調(diào)試助手調(diào)試程序1、下載程序到開發(fā)板對(duì)以上程序進(jìn)行編譯生成，無(wú)錯(cuò)后下載到1#開發(fā)板。2、安裝串口調(diào)試助手3、安裝CH340驅(qū)動(dòng)4、打開調(diào)試助手調(diào)試程序程序設(shè)計(jì)與調(diào)試7、調(diào)試程序設(shè)計(jì)與調(diào)試8、2#機(jī)程序設(shè)計(jì)程序文件布局與框架搭建和流程圖程序設(shè)計(jì)與調(diào)試8、2#主程序設(shè)計(jì)（1）第6行：定義變量RX_Char，該變量用于存儲(chǔ)從UART接收到的數(shù)據(jù)。（2）第11行，初始化UART1，注意波特率必須和1#機(jī)相同。（3）第13行：使用了庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Receive（），將UART收到的數(shù)據(jù)存入變量RX_Char。與庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Transmit（）類似，也有4個(gè)參數(shù)，只是第2個(gè)參數(shù)用于指出將收到的數(shù)據(jù)存到哪里。（4）第14～24行：對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，根據(jù)輸入命令的不同，控制LED亮滅。有關(guān)庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Receive（）的解釋，詳見表