STM32入门笔记(02)：USART串口通信注意事项笔记（SPL库函数版)

作者：我家自动化 | 2024-05-25 19:11:07

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在这里插入图片描述

这是通过串口通信发送过来的数据，里面包括了故障码，电压，电流，频率等信息，请你用STM32f103系列单片机的串口1读取该数据并解析出电压和电流是多少？

要用STM32F103系列单片机的串口1读取并解析发电机上的逆变器发送的数据，你需要编写代码来完成以下步骤：

初始化串口：配置STM32的USART1以正确的波特率和参数读取数据。
读取数据：从串口缓冲区读取完整的数据包。
解析数据：从数据包中提取电压和电流信息。

假设数据格式如下（每个字节的数据如图所示）：

起始位：字节0
数据长度：字节1
故障码、电压、电流、频率等信息从字节2开始

根据图片中的数据：

电压信息在字节2和字节3
电流信息在字节4和字节5

以下是一个示例代码，用于在STM32F103系列单片机上实现上述步骤：

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"  // 包含USART初始化配置文件

#define DATA_LENGTH 31  // 假设总共要读取31个字节的数据

uint8_t received_data[DATA_LENGTH];  // 接收数据的缓冲区

void USART1_IRQHandler(void) {
    static uint8_t i = 0;
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        received_data[i++] = USART_ReceiveData(USART1);
        if (i >= DATA_LENGTH) {
            i = 0;  // 重置接收计数器
        }
    }
}

void init_USART1(uint32_t baudrate) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置USART1 Tx (PA.09) 作为推挽复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置USART1 Rx (PA.10) 作为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // USART参数配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能USART接收中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // 配置USART1中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 使能USART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

int main(void) {
    uint16_t voltage = 0;
    uint16_t current = 0;

    // 初始化USART1，波特率设置为9600（根据实际情况调整）
    init_USART1(9600);

    while (1) {
        // 检查数据包是否完整接收
        if (received_data[1] == 28) {  // 确保接收的数据长度正确
            // 解析电压和电流数据
            voltage = (received_data[2] << 8) | received_data[3];
            current = (received_data[4] << 8) | received_data[5];
            
            // 在这里可以对解析出的电压和电流进行处理，例如显示或记录
            // 注意：电压和电流的单位以及是否需要转换取决于发送方的数据格式定义
        }
    }
}
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注意事项：

波特率设置：根据实际设备的波特率设置USART_InitStructure.USART_BaudRate。
数据长度检查：确保接收的数据长度正确。
电压和电流解析：根据具体协议，确定数据的字节顺序和单位。

进一步优化：

数据验证：增加数据包头和校验码的验证，以确保数据的准确性。
错误处理：处理接收过程中可能出现的错误，如丢包或数据损坏。

为了增加数据包头和校验码的验证，以确保数据的准确性，你可以对接收到的数据包进行更严格的检查和处理。以下是增加数据包头和校验码验证的详细步骤和示例代码。

数据包结构假设

假设你的数据包结构如下：

起始位：字节0（例如，固定为0xAA）
数据长度：字节1（例如，固定为28）
数据内容：字节2到字节29
校验码：字节30（例如，使用简单的累加和校验）

校验码计算方法

假设校验码是所有数据字节（包括起始位和数据长度）的累加和的低8位。

示例代码

以下代码展示了如何在STM32F103单片机上实现数据包头和校验码的验证：

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"

#define DATA_LENGTH 31  // 数据包总长度

uint8_t received_data[DATA_LENGTH];  // 接收数据的缓冲区

// 计算校验码
uint8_t calculate_checksum(uint8_t *data, uint8_t length) {
    uint8_t checksum = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
        checksum += data[i];
    }
    return checksum;
}

// USART1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void) {
    static uint8_t i = 0;
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        received_data[i++] = USART_ReceiveData(USART1);
        if (i >= DATA_LENGTH) {
            i = 0;  // 重置接收计数器
        }
    }
}

void init_USART1(uint32_t baudrate) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置USART1 Tx (PA.09) 作为推挽复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置USART1 Rx (PA.10) 作为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // USART参数配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能USART接收中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // 配置USART1中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 使能USART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

int main(void) {
    uint16_t voltage = 0;
    uint16_t current = 0;

    // 初始化USART1，波特率设置为9600（根据实际情况调整）
    init_USART1(9600);

    while (1) {
        // 检查数据包是否完整接收
        if (received_data[1] == 28) {  // 确保接收的数据长度正确
            // 验证数据包头和校验码
            if (received_data[0] == 0xAA) {  // 验证起始位
                uint8_t checksum = calculate_checksum(received_data, DATA_LENGTH - 1);
                if (checksum == received_data[30]) {  // 验证校验码
                    // 解析电压和电流数据
                    voltage = (received_data[2] << 8) | received_data[3];
                    current = (received_data[4] << 8) | received_data[5];
                    
                    // 在这里可以对解析出的电压和电流进行处理，例如显示或记录
                    // 注意：电压和电流的单位以及是否需要转换取决于发送方的数据格式定义
                }
            }
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代码解释

校验码计算：
- 函数calculate_checksum用于计算接收到的数据包的校验码。
USART1中断服务程序：
- 在USART1_IRQHandler中，当接收到新字节时，将其存入接收缓冲区received_data中。
主循环：
- 检查接收的数据长度是否正确。
- 验证起始位（假设为0xAA）。
- 计算并验证校验码。
- 解析并处理电压和电流数据。

注意事项

波特率设置：根据实际设备的波特率调整USART_InitStructure.USART_BaudRate。
校验和验证：根据实际应用选择合适的校验算法，如CRC校验等。
数据解析：根据实际数据格式调整解析代码。

为了处理接收过程中可能出现的错误，如丢包或数据损坏，你可以增加一些错误处理机制，包括超时处理、错误计数、数据重发请求等。以下是具体的步骤和代码示例。

增加错误处理机制

超时处理：设置接收数据的超时机制，如果在预定时间内没有接收到完整的数据包，则认为接收超时。
错误计数：记录接收错误的次数，当错误次数超过一定阈值时，采取相应的措施。
数据包头和校验码验证：在接收数据时，严格验证数据包头和校验码，确保数据完整性。
丢包重发机制：如果检测到数据包错误，可以请求发送方重新发送数据。

示例代码

以下是一个包含错误处理机制的示例代码：

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include <stdbool.h>
#include <string.h>

#define DATA_LENGTH 31  // 数据包总长度
#define TIMEOUT_THRESHOLD 1000  // 超时时间阈值
#define ERROR_THRESHOLD 5  // 最大允许错误次数

uint8_t received_data[DATA_LENGTH];  // 接收数据的缓冲区
uint8_t data_index = 0;  // 当前接收数据的索引
uint32_t timeout_counter = 0;  // 超时计数器
uint8_t error_count = 0;  // 错误计数器

// 计算校验码
uint8_t calculate_checksum(uint8_t *data, uint8_t length) {
    uint8_t checksum = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
        checksum += data[i];
    }
    return checksum;
}

// USART1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        uint8_t received_byte = USART_ReceiveData(USART1);
        received_data[data_index++] = received_byte;
        timeout_counter = 0;  // 重置超时计数器

        if (data_index >= DATA_LENGTH) {
            data_index = 0;  // 重置接收计数器
        }
    }
}

void init_USART1(uint32_t baudrate) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置USART1 Tx (PA.09) 作为推挽复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置USART1 Rx (PA.10) 作为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // USART参数配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能USART接收中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // 配置USART1中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 使能USART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

int main(void) {
    uint16_t voltage = 0;
    uint16_t current = 0;

    // 初始化USART1，波特率设置为9600（根据实际情况调整）
    init_USART1(9600);

    while (1) {
        // 超时处理
        if (timeout_counter++ > TIMEOUT_THRESHOLD) {
            timeout_counter = 0;
            data_index = 0;  // 重置接收索引
            error_count++;
            if (error_count >= ERROR_THRESHOLD) {
                // 错误处理逻辑，例如重启或告警
                // 这里简单地重置错误计数器
                error_count = 0;
            }
        }

        // 检查数据包是否完整接收
        if (data_index == DATA_LENGTH) {
            // 验证数据包头和校验码
            if (received_data[0] == 0xAA && received_data[1] == 28) {  // 验证起始位和长度
                uint8_t checksum = calculate_checksum(received_data, DATA_LENGTH - 1);
                if (checksum == received_data[30]) {  // 验证校验码
                    // 解析电压和电流数据
                    voltage = (received_data[2] << 8) | received_data[3];
                    current = (received_data[4] << 8) | received_data[5];
                    
                    // 在这里可以对解析出的电压和电流进行处理，例如显示或记录
                    // 注意：电压和电流的单位以及是否需要转换取决于发送方的数据格式定义
                    
                    // 数据处理成功，重置错误计数器
                    error_count = 0;
                } else {
                    // 校验码错误
                    error_count++;
                }
            } else {
                // 数据包头错误
                error_count++;
            }
            // 重置接收索引
            data_index = 0;
        }
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代码解释

超时处理：
- 通过timeout_counter计数器记录接收数据的超时时间。
- 如果在预定时间内（TIMEOUT_THRESHOLD）没有接收到完整的数据包，则认为接收超时，重置接收索引并增加错误计数器。
错误计数：
- 通过error_count记录接收错误的次数，当错误次数超过ERROR_THRESHOLD时，可以采取相应的措施，比如重启或告警。
- 在本示例中，错误计数器简单地重置。
数据包头和校验码验证：
- 检查接收到的数据包长度是否正确。
- 验证起始位和数据长度。
- 计算校验码并与接收到的校验码比较。
- 如果数据包头或校验码错误，增加错误计数器。
丢包重发机制：
- 这个示例中没有具体实现丢包重发机制，但可以通过串口发送请求重新发送数据包的命令来实现。
- 如果检测到数据包错误，可以发送请求给发电机上的逆变器，要求重新发送数据。

注意事项

实际应用中，错误处理策略需要根据具体需求进行调整，例如记录错误日志、发送告警信息或重新初始化串口等。
校验码计算方法可以根据实际应用进行调整，如使用CRC校验等。
丢包重发机制可以通过串口发送指令来实现，需要和逆变器的通信协议相匹配。

为了提高通信的可靠性可以增加握手协议，确保双方在传输数据之前已经准备好，并且可以用于初始化一些必要的参数。

以下是一个简单的握手协议示例：

发送握手请求：STM32单片机发送握手请求到发电机上的逆变器。
等待握手响应：STM32单片机等待逆变器的握手响应。
验证握手响应：STM32单片机验证握手响应是否正确。如果正确，则继续进行数据传输；否则，重新发送握手请求或进行错误处理。

示例代码

以下是一个示例代码，展示了如何在STM32F103单片机上实现握手协议：

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include <stdbool.h>
#include <string.h>

#define DATA_LENGTH 31  // 数据包总长度
#define TIMEOUT_THRESHOLD 1000  // 超时时间阈值
#define ERROR_THRESHOLD 5  // 最大允许错误次数
#define HANDSHAKE_REQUEST 0x55  // 握手请求命令
#define HANDSHAKE_RESPONSE 0xAA  // 握手响应命令

uint8_t received_data[DATA_LENGTH];  // 接收数据的缓冲区
uint8_t data_index = 0;  // 当前接收数据的索引
uint32_t timeout_counter = 0;  // 超时计数器
uint8_t error_count = 0;  // 错误计数器

// 计算校验码
uint8_t calculate_checksum(uint8_t *data, uint8_t length) {
    uint8_t checksum = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
        checksum += data[i];
    }
    return checksum;
}

// USART1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        uint8_t received_byte = USART_ReceiveData(USART1);
        received_data[data_index++] = received_byte;
        timeout_counter = 0;  // 重置超时计数器

        if (data_index >= DATA_LENGTH) {
            data_index = 0;  // 重置接收计数器
        }
    }
}

void init_USART1(uint32_t baudrate) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置USART1 Tx (PA.09) 作为推挽复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置USART1 Rx (PA.10) 作为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // USART参数配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能USART接收中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // 配置USART1中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 使能USART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

bool handshake(void) {
    uint32_t handshake_timeout = 0;

    // 发送握手请求
    USART_SendData(USART1, HANDSHAKE_REQUEST);

    // 等待握手响应
    while (handshake_timeout++ < TIMEOUT_THRESHOLD) {
        if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
            uint8_t response = USART_ReceiveData(USART1);
            if (response == HANDSHAKE_RESPONSE) {
                return true;  // 握手成功
            }
        }
    }
    return false;  // 握手失败
}

int main(void) {
    uint16_t voltage = 0;
    uint16_t current = 0;

    // 初始化USART1，波特率设置为9600（根据实际情况调整）
    init_USART1(9600);

    // 进行握手
    while (!handshake()) {
        // 握手失败，重新尝试
    }

    while (1) {
        // 超时处理
        if (timeout_counter++ > TIMEOUT_THRESHOLD) {
            timeout_counter = 0;
            data_index = 0;  // 重置接收索引
            error_count++;
            if (error_count >= ERROR_THRESHOLD) {
                // 错误处理逻辑，例如重启或告警
                // 这里简单地重置错误计数器
                error_count = 0;
            }
        }

        // 检查数据包是否完整接收
        if (data_index == DATA_LENGTH) {
            // 验证数据包头和校验码
            if (received_data[0] == 0xAA
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