STM32F103 USB实现虚拟串口

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已于 2023-07-31 16:08:35 修改

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文章标签： stm32 单片机嵌入式硬件

于 2023-05-26 14:02:50 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_23313467/article/details/130884586

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STM32F103 USB实现虚拟串口

最近买了一个STM32F103C8T6最小核心板，使用CubeIDE无法识别该芯片，发现该芯片的flash是128Kbytes，ST的标准库是64Kbytes，奇怪啊！也许是国产替代的，国产化太先进了，导致原厂落后了，不认识先进的东西了。
只好又在某宝买了5.5元的STM32F103C6T6最小核心板，CubeID环境下正常工作和调试。感谢万能的某宝！最便宜的东西才能工作正常，好无语啊！

实验环境

STM32F103C6T6A最小系统板, CubeIDE 1.10.1, ST-LINK；在这里插入图片描述

实验目的

实现USB的串口数据传输；

操作步骤

cubeIDE建立工程并生成代码。
设置晶振RCC
设置SYS, 调试方式
设置USB，激活USB
设置Middleware, USB vitrual port,
保存并generate code，进行编译一遍，通常是不能编译通过的。
修改usb_cdc_if.h 文件

/* USER CODE BEGIN INCLUDE */
 #define USB_REC_LEN   256 //定义USB串口接收字节数
 extern uint8_t USB_RX_BUF[USB_REC_LEN];//接收缓冲
 extern uint16_t USB_RX_STA;//接收标记
 /* USER CODE END INCLUDE */`

修改usb_cdc_if.c文件

/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 uint8_t USB_RX_BUF[USB_REC_LEN];//接收缓冲,最大USB_REC_LEN个字节.
 uint16_t USB_RX_STA=0;//接收状态标记（接收到的有效字节数量）
/* USER CODE END PV */

修改接收函数代码

static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{
	if(*Len<USB_REC_LEN)//判断收到数据量是否小于寄存器上限
	{
	   uint16_t i;
	   USB_RX_STA = *Len;//将数据量值放入标志位
	   for(i=0;i<*Len;i++)//循环
		   USB_RX_BUF[i] = Buf[i];//将数据内容放入数据寄存器
	}
  USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, &Buf[0]);  //将接收数组buff清空
  USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);  //再次虚拟串口接收
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

修改发送函数代码

uint8_t CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint16_t Len)
{
  uint8_t result = USBD_OK;
  /* USER CODE BEGIN 7 */
  uint32_t TimeStart = HAL_GetTick();
  USBD_CDC_HandleTypeDef *hcdc =  (USBD_CDC_HandleTypeDef*)hUsbDeviceFS.pClassData;
  if(hcdc == 0) return  USBD_FAIL;  //避免未插入USB设备，出现死机的情况。
  //if (hcdc->TxState != 0) return  USBD_BUSY;
  while(hcdc->TxState)
  {
     if(HAL_GetTick()-TimeStart > 10)
    	 return USBD_BUSY;
     else
    	 break;
  }
  USBD_CDC_SetTxBuffer(&hUsbDeviceFS, Buf,  Len);
  result =  USBD_CDC_TransmitPacket(&hUsbDeviceFS);
  TimeStart = HAL_GetTick();
  while(hcdc->TxState)
	{
		if(HAL_GetTick()-TimeStart > 10)
		return USBD_BUSY;
	}
  /* USER CODE END 7 */
  return result;
}

添加输出函数

#include <stdarg.h>
void USB_printf(const char *format, ...)//USB模拟串口的打印函数
{
    va_list args;
    uint32_t length;
    va_start(args, format);
    length = vsnprintf((char  *)UserTxBufferFS, APP_TX_DATA_SIZE, (char  *)format, args);
    va_end(args);
    CDC_Transmit_FS(UserTxBufferFS, length);
}

修改main.c
添加include文件

	/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "../../USB_DEVICE/App/usbd_cdc_if.h"
    /* USER CODE END Includes */

修改main函数的while循环

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		//USB模拟串口的查寻接收处理
		if(USB_RX_STA!=0)//判断是否有
		{
			//USB_printf("USB_RX:");//向USB模拟串口发字符串
			CDC_Transmit_FS(USB_RX_BUF,USB_RX_STA);//USB串口：将接收的数据发回给电脑端
			//USB_printf("\r\n");//向USB模拟串口发（回车）
			USB_RX_STA=0;//数据标志位清0
			memset(USB_RX_BUF,0,sizeof(USB_RX_BUF));//USB串口数据寄存器清0
		}
  }
  /* USER CODE END 3 */

修改堆栈和堆；

11.修改编译优化在这里插入图片描述

设置编译优化： Properties for F10****/ C/C++ Build / Settings / MCU GCC Compiler / Optimization \ Optimization level = “Optimize for size(-Os)”
否则会出现错误如下：

\tools\arm-none-eabi\bin\ld.exe: F103C6T6Atest.elf section .text' will not fit in region FLASH’ \tools\arm-none-eabi\bin\ld.exe: region
`FLASH’ overflowed by 1656 bytes collect2.exe: error: ld returned 1
exit status make: *** [makefile:68: F103C6T6Atest.elf] Error 1 “make
-j8 all” terminated with exit code 2. Build might be incomplete.

运行测试

1.设备管理器可以看到串口；
2.使用串口工具，发送接收数据正常。
在这里插入图片描述
CubeIDE1.10.1 环境下的源代码：https://download.youkuaiyun.com/download/qq_23313467/87824117

注意事项：
tip1：STM32F103C6T6的存储容量比较小，实现USB的虚拟串口基本上用完了内存和flash，如果再添加别的复杂功能，估计存储就不够了。参看了一下生成的hex文件，已经达到38k了！

tip2：程序重启后，需要硬件拔插一下USB接口，PC才能使用串口。加入下面代码可以避免这种情况。

/*USB 重新枚举函数
 * 解决问题：每次下载完程序后都要重新拔插一次USB PC才能识别串口，这是由于芯片在下载完程序后没有重新枚举所导致的。需要在MCU上电后对USB进行关闭，PC才能重新枚举识别。
 * 解决方法为将USB DP（PA12）引脚拉低一段时间后即可*/
void USB_Reset(void)
{
  	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
	HAL_Delay(100);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
}