STM32串口第一个字节丢失问题的分析过程

本文介绍了一种STM32串口通讯中出现的首字节丢失现象及排查过程。通过逐步调试与手册查阅,最终确认是由于TC标志未正确清除导致的数据覆盖,并提出了有效的解决方法。

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STM32串口发送必须先检测状态,否则第一个字节无法发出,发送完毕,必须检测发送状态是否完成,否则,发送不成功,使用stm32f10x调试串口通讯时,发现一个出错的现象,硬件复位重启之后,发送测试数据0x01 0x02 0x03 0x04..接收端收到的数据为:0x02 0x03 0x04,第一个数据丢失。换成发送别的数值的数据,如0x06 0x0ff,则接收到0x0ff,0x06丢失。错误依旧。 
故障排除过程: 
1、刚开始怀疑是接收端的错误,我是使用电脑串口,运行串口辅助调试工具接收,换成其他软件后,发现故障依旧,而且电脑软件一直是开启状态,不像和电脑软件有关。 
2、使用单步调试,单步运行各个发送指令,都正常。能收到0x01 0x02 0x03 0x04的数据。间接的排除了不是电脑软件的问题,而是其他的错误。 
3、单步调试运行虽然正常了,但连续运行时,错误依旧。现在有点摸不到头绪了,单步运行正常,看起来编程没有出错,那故障在哪里呢?测试程序如下 
      USART_SendData(USART2, 0x01);                                 //A 
      while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET);   //B 
      USART_SendData(USART2, 0x02);                                 //C 
      while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET); 
      USART_SendData(USART2, 0x03); 
      while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET); 
      USART_SendData(USART2, 0x04); 
      while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET); 
4、猜测,也许是因为某个特殊原因,使第二个数据覆盖了首个数据,使得首个数据丢失。假设:在执行B指令时,USART的 TC 状态位==SET,那么就会紧接着执行C指令,也就有可能发生数据的覆盖。于是,在A指令前,加入如下指令:USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); 
5、加入上一条指令后,运行,错误消失了。说明上一个假设,应该是成立的。 
6、查阅stm32f10x参考手册,找到这样一句话: 
      TC:发送完成 
      当包含有数据的一帧发送完成后,由硬件将该位置位。如果USART_CR1中的TCIE为1,则产生中断。由软件序列清除该位(先读USART_SR,然后写入USART_DR)。TC位       也可以通过写入0来清除,只有在多缓存通讯中才推荐这种清除程序。 
      0:发送还未完成;1:发送完成。 
7、注意到这一句:由软件序列清除该位(先读USART_SR,然后写入USART_DR)。 也就是说,要先read USART_SR,然后write USART_DR,才能完成TC状态位的清除。而硬件复位后,串口发送的首个数据之前没有read SR的操作,是直接write DR,也就是说,TC没有被清除掉。 说明第4步的猜测是对的。 
8、那么,应该把指令A前面加的USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); 改为USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC);,应该也能消除错误。测试后证实,确实如此,在发送首个数据之前,先读取一下USART_SR,那么就不会出现首个数据丢失的情况了。 
9、总结:硬件复位后,串口发送首个数据之前,先读取一下USART_SR,则能够保证首个数据发送时,不出现覆盖的情况。当然,也有别的方法,比如先清除TC状态位,或是,在write USART_DR之后,加入一个小延时,让数据发送完毕,应该也能间接排除这个错误。 
STM32串口通信中,数据丢失是一个常见问题,可能由多种因素引起。以下是一些常见的原因及其对应的解决方案: ### 原因与解决方案 #### 1. **首次接收数据时第一个字节丢失** - **原因**:在某些情况下,STM32串口在第一次接收数据时可能会丢失第一个字节。这通常是因为串口初始化过程中未能正确配置或处理中断请求。 - **解决方案**:确保在初始化串口时,所有相关的寄存器都被正确设置,并且在接收数据之前已经清除了任何可能存在的中断标志位。此外,可以在接收数据前发送一个 dummy 字符来“唤醒”串口[^1]。 #### 2. **未连接地线(GND)导致的数据错误** - **原因**:如果STM32与其他设备之间的地线(GND)没有正确连接,会导致信号电平无法正确识别,从而引发数据接收错误。 - **解决方案**:始终确保STM32与其他设备之间有良好的地线连接,以提供稳定的参考电位[^2]。 #### 3. **晶振频率配置错误** - **原因**:STM32串口通信依赖于精确的时钟源。如果外部晶振频率配置错误,会导致波特率计算不准确,进而引发数据传输错误。 - **解决方案**:在配置串口时,务必确认开发板上的实际晶振频率,并根据该频率正确设置系统时钟和波特率寄存器[^3]。 #### 4. **缓冲区溢出** - **原因**:当接收数据的速度超过处理速度时,可能导致接收缓冲区溢出,从而丢失部分数据。 - **解决方案**:增加接收缓冲区的大小,并使用DMA(直接内存访问)技术来提高数据传输效率。DMA可以减少CPU负担,避免因处理延迟而导致的数据丢失。 #### 5. **中断优先级配置不当** - **原因**:如果串口中断的优先级设置过低,可能会被其他高优先级中断抢占,导致数据处理不及时。 - **解决方案**:合理设置中断优先级,确保串口中断能够及时响应并处理接收到的数据。 #### 6. **硬件噪声干扰** - **原因**:电路中的噪声或电磁干扰可能会影响信号的完整性,导致数据传输错误。 - **解决方案**:采取适当的屏蔽措施,尽量缩短信号线长度,并使用差分信号传输方式(如RS485)来提高抗干扰能力。 ### 示例代码:使用DMA进行串口数据接收 以下是一个简单的示例代码,展示如何使用DMA来提高STM32串口数据接收的效率: ```c // 初始化DMA通道 void MX_DMA_Init(void) { __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); hdma_usart2_rx.Instance = DMA1_Channel6; hdma_usart2_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY; hdma_usart2_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; hdma_usart2_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; hdma_usart2_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; hdma_usart2_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE; hdma_usart2_rx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR; hdma_usart2_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH; HAL_DMA_Init(&hdma_usart2_rx); __HAL_LINKDMA(&huart2, hdmarx, hdma_usart2_rx); } // 启动DMA接收 void Start_DMA_Reception(void) { uint8_t rx_buffer[128]; HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rx_buffer, sizeof(rx_buffer)); } ``` ###
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