通过串口中断的方式进行ASR-01S模块与STM32通信（问题与解决）

作者：繁依Fanyi0 | 2024-03-21 12:27:06

踩

前言：

最近在做一个智能家居的项目，需要实现语音控制的功能，于是我选用了ASR-01S模块与STM32通信，这个模块最大的好处在于有配套的编程软件和语音库，不用自己训练且编程简单（少儿编程的程度）。ASR-01S的代码架构在这不多说，总之在收到语音后它会通过串口发送一串命令给STM32，STM32收到后通过串口中断的方式进行一系列操作。但没想到在这块看起来很简单的地方翻车了（太丢人了。。。），经过求助之后终于解决了，在这里浅浅记录一下自己的翻车过程及解决方案。

问题引入

代码这里偷了一下懒，直接问了GPT，可以直接看我这篇文章：GPT对话代码库——基于STM32F103 1，标志位切换模式 & 2，串口的接受和发送

基础的就不多说了，主要讲一下核心问题，先放一下代码


#define BUFFER_SIZE 100 // 定义缓冲区大小为100
 
char buffer[BUFFER_SIZE]; // 定义一个缓冲区数组用于存储接收到的数据
volatile unsigned int buffer_index = 0; // 声明一个用于记录缓冲区当前索引的变量，使用 volatile 关键字修饰以确保在中断中的可见性
 
void USART3_IRQHandler(void) {
    // 检查是否接收到数据
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        char data = (char)USART_ReceiveData(USART3); // 读取接收到的数据
 
        // 简单的字符串终止判断（例如以换行结束）
        if (data != '\n' && buffer_index < BUFFER_SIZE - 1) { // 如果接收到的数据不是换行符且缓冲区未满
            buffer[buffer_index++] = data; // 将接收到的数据存储到缓冲区中
        } else { // 如果接收到换行符或者缓冲区已满
            buffer[buffer_index] = '\0'; // 确保字符串结束，即在缓冲区末尾添加字符串结束符'\0'
 
            // 检查接收到的命令
            if (strcmp(buffer, "led on") == 0) { // 如果接收到的命令是"led on"
                GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 点亮LED
                char *msg = "已打开\n"; // 定义提示消息
                while (*msg) { // 循环发送消息中的每个字符
                    USART3_SendChar(*msg++); // 通过串口发送字符
                }
            }
 
            // 重置索引，准备下一次接收
            buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备接收下一条指令
        }
 
        USART_ClearITPendingBit(USART3, USART_IT_RXNE); // 清除接收中断标志位
    }
}

按照我原本的想法是先通过 USART3 接收中断判断是否接收到数据，然后读取接收到的数据并存储到缓冲区中。当接收到换行符或者缓冲区已满时，将缓冲区末尾添加字符串结束符'\0'，然后检查接收到的命令，如果是"led on"则点亮LED，并通过串口发送提示消息"已打开\n"，最后重置缓冲区索引，准备接收下一条指令。乍一看没啥毛病，但发现虽然buffer[]这个数组接收到了来自data的信息，最后经过仿真调试发现是在代码实现的时候给自己埋了雷。

strcmp这个函数用于比较两个字符串是否相等，函数原型：

int strcmp(const char *str1, const char *str2);

strcmp函数接受两个参数，分别是要比较的两个字符串 str1 和 str2。它会按照字典顺序逐个比较两个字符串中的字符，直到遇到不相等的字符或者到达字符串结尾（即遇到 '\0' 终止符）。

如果两个字符串相等，则返回值为0；如果第一个字符串小于第二个字符串，则返回值为负数；如果第一个字符串大于第二个字符串，则返回值为正数。

GPT在这里是这样写的：

if (strcmp(buffer, "led on") == 0)  // 如果接收到的命令是"led on"

也就是要求我发送的字符串完全等于 "led on"才能进入，但在串口助手中却选择了“发送新行”这个选项，就相当于每次发送的都是"led on\n"，由于strcmp函数的作用自然不会让我们进入逻辑，而且这段代码中并没有清空缓冲区数据的操作，也就是说就算没有发送新行，在第一次发送结束之后buffer[]中的数据就是“led onled onled on...”这种，所以需要使用memset函数在每次接收后清空缓冲区数据，并且最好将strcmp函数换成strstr函数，strstr作用和strcmp很相似，但更适合这个场景，简单来说使用strstr就是只要buffer[]这个数组中出现“led on”就能进入逻辑，只要在每次接收完数据后清空缓冲区数据就行。下面看我修正优化过的正确代码。

注：

1，strstr 函数是 C 标准库中的一个字符串查找函数，用于在一个字符串中查找另一个子字符串的第一次出现位置。其函数原型为：

char *strstr(const char *haystack, const char *needle);

strstr 函数接受两个参数，分别是要搜索的主字符串 haystack 和要查找的子字符串 needle。它会在主字符串中从头开始逐个字符地搜索子字符串，直到找到子字符串的第一次出现或者到达主字符串的结尾。如果找到子字符串，则返回指向该子字符串在主字符串中第一次出现位置的指针；如果没有找到子字符串，则返回 NULL。

2，memset 函数是 C 标准库中的一个函数，用于将一段内存块的内容设置为指定的值。其函数原型为：

void *memset(void *ptr, int value, size_t num);

memset 函数接受三个参数，分别是指向要设置的内存块的指针 ptr、要设置的值 value、以及要设置的字节数 num。

具体来说，ptr 是要设置的内存块的起始地址，value 是要设置的值（通常是一个字节的值，即 0 到 255 之间的整数），num 是要设置的字节数。函数会将 ptr 指向的内存块中的前 num 个字节的内容都设置为 value。

代码讲解

串口的头文件


#ifndef __USART_H
#define	__USART_H
 
 
#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
 
// 串口3-USART3
#define  DEBUG_USARTx                   USART3
#define  BUFFER_SIZE                    100
 
void USART3_Config(u32 BAUD);
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch);
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str);
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch);
uint8_t Check_devices(void);
uint8_t Control_devices(void);
 
#endif /* __USART_H */

USART3配置及其中断配置


void USART3_Config(u32 BAUD) 
{
    // GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 声明GPIO初始化结构体变量
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure; // 声明USART初始化结构体变量
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 声明中断向量表初始化结构体变量
 
    // 使能GPIOB时钟和USART3时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 使能GPIOB时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE); // 使能USART3时钟
 
    // USART3 TX -> PB10，RX -> PB11
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; // 配置GPIOB的引脚10（USART3的TX引脚）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 设置为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 设置输出速度为50MHz
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOB的引脚10
 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; // 配置GPIOB的引脚11（USART3的RX引脚）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 设置为浮空输入
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOB的引脚11
 
    // USART3配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = BAUD; // 设置波特率
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 设置数据位长度为8位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 设置停止位为1位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 设置奇偶校验位为无校验
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 设置硬件流控制为无
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 设置USART模式为收发模式
    USART_Init(USART3, &USART_InitStructure); // 根据USART_InitStruct中指定的参数初始化USARTx寄存器
 
    // 配置USART3中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn; // 设置USART3中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 设置抢占优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 设置响应优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // 使能中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
    
    // 使能USART3的接收中断
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 使能USART3的接收中断
    
    // 使能USART3
    USART_Cmd(USART3, ENABLE); // 使能USART3
}

这个没什么好说的，直接复制就行，注意自己头文件的引用

串口发送函数及printf和scanf的重定向


/*****************  发送一个字符 **********************/
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
	/* 发送一个字节数据到USART */
	USART_SendData(pUSARTx,ch);
		
	/* 等待发送数据寄存器为空 */
	while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);	
}
 
/*****************  发送字符串 **********************/
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
	unsigned int k=0;
  do 
  {
      Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
      k++;
  } while(*(str + k)!='\0');
  
  /* 等待发送完成 */
  while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET)
  {}
}
 
/*****************  发送一个16位数 **********************/
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch)
{
	uint8_t temp_h, temp_l;
	
	/* 取出高八位 */
	temp_h = (ch&0XFF00)>>8;
	/* 取出低八位 */
	temp_l = ch&0XFF;
	
	/* 发送高八位 */
	USART_SendData(pUSARTx,temp_h);	
	while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
	
	/* 发送低八位 */
	USART_SendData(pUSARTx,temp_l);	
	while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);	
}
 
///重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
		/* 发送一个字节数据到串口 */
		USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t) ch);
		
		/* 等待发送完毕 */
		while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);		
	
		return (ch);
}
 
///重定向c库函数scanf到串口，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{
		/* 等待串口输入数据 */
		while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
 
		return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
}

重头戏来了，编写中断服务函数来存放PC端发送的数据


char buffer[BUFFER_SIZE];
// 定义一个大小为 BUFFER_SIZE 的字符数组 buffer，用于存储接收到的数据。
 
volatile unsigned int buffer_index = 0;
// 定义一个无符号整数变量 buffer_index，表示当前接收到的数据在 buffer 中的索引。
// volatile 修饰表示该变量可能会被中断修改，编译器不会对其进行优化。
 
uint8_t buffer_ready = 0;
// 定义一个无符号 8 位整数变量 buffer_ready，表示缓冲区是否准备好。
// 0 表示未准备好，1 表示准备好。
 
void USART3_IRQHandler(void) 
{
    // 进入 USART3 的中断服务程序
 
    // 检查是否接收到数据
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) 
    {
        char data = (char)USART_ReceiveData(USART3); // 读取接收到的数据并存储在 data 中
 
        buffer[buffer_index++] = data;
        // 将接收到的数据存储在 buffer 数组中，并将 buffer_index 索引递增
        
        buffer_ready = 1;
        // 设置 buffer_ready 标志为 1，表示缓冲区已经准备好了
        
        if (buffer_index > BUFFER_SIZE - 1) 
            memset(buffer, 0, 100);
        // 如果 buffer_index 大于等于 BUFFER_SIZE - 1，则清空 buffer 数组中的内容，大小为 100 字节
    }	
 
    USART_ClearITPendingBit(USART3, USART_IT_RXNE);
    // 清除接收中断标志位，以便下一次接收
}

简单来说，当 USART3 接收到数据时，将数据存储到 buffer 数组中，并设置 buffer_ready 标志为 1 表示缓冲区已经准备好。如果 buffer_index 超出缓冲区大小，则通过 memset 函数将 buffer 数组清空。最后，清除 USART3 的接收中断标志位，以便下一次接收。

编写串口接收检查函数来判断PC端发送的数据，并返回相应的返回值


// 串口接收检查函数
uint8_t Check_devices(void)
{
    if (buffer_ready) // 检查缓冲区是否已准备好
    {
        buffer_ready = 0; // 清除缓冲区准备好的标志位
 
        // 判断接收到的命令
        if (strstr((const char*)buffer, "UVC on") != 0) 
        {
            buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
            memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
            return 1; // 返回命令标识
        }
        // 判断接收到的命令
        if (strstr((const char*)buffer, "UVC off") != 0)
        {
            buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
            memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
            return 2; // 返回命令标识
        }
        // 判断接收到的命令
        if (strstr((const char*)buffer, "fan on") != 0)
        {
            buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
            memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
            return 3; // 返回命令标识
        }
        // 判断接收到的命令
        if (strstr((const char*)buffer, "fan off") != 0)
        {
            buffer_index = 0; // 重置缓冲区索引，准备下一次接收
            memset(buffer, 0, 100); // 清空缓冲区数据
            return 4; // 返回命令标识
        }
    }
}

编写串口控制设备函数，并且根据接收检查函数的返回值来执行相应的逻辑


// 串口控制设备函数
uint8_t Control_devices(void)
{	
    if (Check_devices() == 1)
    {		
        GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 点亮LED
        Usart_SendString(USART3, "消毒灯已开启\n\r"); // 发送消息到串口
    }
				
    if (Check_devices() == 2)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 熄灭LED
        Usart_SendString(USART3, "消毒灯已关闭\n\r"); // 发送消息到串口
    }
 
    if (Check_devices() == 3)
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 点亮LED
        Usart_SendString(USART3, "通风扇已打开\n\r"); // 发送消息到串口
    }
 
    if (Check_devices() == 4)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 熄灭LED
        Usart_SendString(USART3, "通风扇已关闭\n\r"); // 发送消息到串口
    }
}

总的来说，通过上面三段代码实现了一个通过 USART3 接收指令并控制设备的功能。

首先，通过 USART3 接收中断函数 USART3_IRQHandler 接收数据并存储到 buffer 缓冲区中。

然后，通过 Check_devices 函数检查缓冲区中是否有指令，根据指令执行相应的操作，并通过串口发送反馈信息。

Control_devices 函数根据 Check_devices 的返回值执行相应的设备控制操作。

总结：

通过这个问题，我熟悉了使用串口中断实现单片机与STM32之间的高效通信，同时也加深了对于串口通信的理解和掌握。希望这篇博客能够帮助到有类似学习目标的读者，也欢迎大家分享自己的经验和观点。

参考链接：

STM32串口通信—串口的接收和发送详解

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