基于中断/DMA方式的串口通信

K1wel

于 2024-12-09 03:12:04 发布

阅读量495

点赞数 3

文章标签：单片机 stm32 嵌入式硬件

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_74103610/article/details/144336169

版权

一、实验任务

    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。 使用HAL库（或标准库）方式，设置USART1 波特率为115200，1位停止位，无校验位，分别采用中断方式、DMA方式完成下列任务：

    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；

二、串口协议和RS-232标准及USB/TTL转232工作原理

（1）串口通信协议

    串口通信协议是规定数据包内容、双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。它按位（bit）发送和接收字节的通信方式。因其通信参数如波特率、数据位、奇偶校验位和停止位必须预先约定，其应用范围有限。是一种基于串口的通信约定，定义了通信双方遵循的协议数据帧格式和其传输方式。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。

    串口通信协议的作用主要是规定数据包内容、双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。它定义了通信双方遵循的协议数据帧格式和其传输方式。此外，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。同时，串口通信使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。

    总的来说，串口通信协议是一种广泛使用的数字通信协议，它使得计算机与外部设备之间可以进行可靠地点对点连接。

（2）RS-232标准

    RS-232标准，也称为EIA RS-232，是由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定的一种串行通信接口标准。

    RS-232标准定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口的技术标准。它具有信号线少、灵活的波特率选择、采用负逻辑传送和传送距离较远等特点。

    在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通信。RS-232-C接口（又称EIARS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。

    该标准规定采用一个25个脚的DB-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC机将RS232简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准。而工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。

1.RS232电平与TTL电平的区别：

    1、电平范围和极性：RS232电平使用正负电压表示逻辑状态，通常为正电压表示逻辑0，负电压表示逻辑1。而TTL电平使用高低电压表示逻辑状态，通常为高电压（如+5V）表示逻辑1，低电压（如+0.8V）表示逻辑0。

    2、信号传输距离：信号传输距离：RS232电平的信号传输距离可以达到几百米，而TTL电平的信号传输距离通常只有几米。因此，在长距离通信时，RS232电平更为可靠。

2.USB/TTL转232工作原理

    USB/TTL转232的工作原理是将USB接口转换为物理串口，实现计算机USB接口到物理串口之间的转换。它通过USB总线供电，并使用USB转串口设备将传统的串口设备转换为即插即用的USB设备。
    当USB转串口设备插入计算机USB接口后，计算机操作系统会检测到设备的存在，并开始USB枚举过程。USB枚举过程会获取设备描述符、配置描述符、接口描述符等，这些描述符中包含USB设备的厂商ID、设备ID和Class类别等信息。操作系统会根据这些信息为设备匹配相应的USB设备驱动。
    在硬件设计方面，USB/TTL转232模块通常以CH340芯片为核心，内部自带晶振，最高波特率可达2Mbps。它还支持全速USB驱动，兼容USB2.0硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支持波特率50bps~2Mbps，输出TTL电平3.3V，兼容5V的IO电平。此外，该模块还具有过流保护，引出相应的通讯接口与电源接口，通讯接口带有指示灯指示工作状态，通讯稳定，体积小。

三、中断方式完成串口通信

1、创建工程

（1）打开STM32CubeMX，点击图中位置，然后选择芯片型号，开始工程。
在这里插入图片描述

（2）配置USTART1。对USART1的配置要做的只有两件事：一是选择串口工作模式为异步，二是开启USART1全局中断。

（3）点击Project Manager，选择Code Generater进行勾选。再点击Project，给工程命名（注意工程名字和路径不能有中文和空格），更改IDE，然后创建代码，创建好后直接点击Open Project进入keil5中。
在这里插入图片描述

2、代码编写

（1）在main.c文件中找到函数MX_GPIO_Init，选中并点击右键，跳转到该函数定义的地方。
在这里插入图片描述

3、电路连接与烧录

keil5工程配置：在魔法棒中选择output，勾选生成hex文件，以供后续烧录使用。
在这里插入图片描述
编译，发现成功生成hex文件，并且没有错误也没有警告。

4、串口软件设置

5、波形观察

在这里插入图片描述

四、DMA防守控制串口通信

在这里插入图片描述

代码编写
（1）设置串口DMA模式发送和接收信息。

    HAL_UART_Transmit_DMA()：串口DMA模式发送

    HAL_UART_Receive_DMA()：串口DMA模式接收

HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t )message, sizeof(message))
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,(uint8_t)rx_buf,5)

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	//当输入的指令为“stop!"时,发送提示并改变flag=0
	if(strEqual(rx_buf,"stop!"))
	{
		flag=0;
	}
	
	//当输入的指令为"start"时,发送提示并改变flag=1
	else if(strEqual(rx_buf,"start"))
	{
		flag=1;
	}
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,(uint8_t*)rx_buf,5);
}

uint8_t flag=1;
uint8_t rx_buf[6];//接收串口数据存放的数组
 
int strEqual(char rcData[6],char rcData2[6])
{
	for(uint8_t i = 0 ; i < 6 ; i++)
	{
		if (rcData[i] != rcData2[i]) return 0;
	}
	return 1;
}

实验感想：

在学习串口通信的理论知识后，通过实验，我真正理解了中断和DMA在串口通信中的作用。中断用于处理发送和接收过程中的突发事件，确保数据的实时传输；而DMA则可以独立于CPU进行数据传输，提高了数据传输的效率。效率与可靠性：通过使用中断和DMA，我可以明显地看到数据传输速度的提升。然而，在追求效率的同时，也需要考虑到数据的可靠性和完整性。在实验中，我遇到了几次因硬件故障或信号干扰导致的数据传输错误，这让我意识到在追求效率的同时，数据的安全性同样重要。