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| V1.0 | 2020-07-03 | gingko | 初次建立 |
===== 实验四：USART通信实验——通过命令控制LED =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解STM32 GPIO结构。
- 了解STM32 GPIO 特征。
- 掌握USART的使用方法。
- 掌握STM32 HAL库中USART属性的配置方法。
- 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
- iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
- JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
- Micro USB线缆。
- Keil MDK 开发平台。
- STM32CubeMX开发平台。
- 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====
=== 1、STM32F7串口简介 ===
* UART通用同步/异步串行接收/发送器，由时钟发生器、数据发送器和接收器三大部分组成。UART是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备。
* 串口作为MCU的重要外部接口，同时也是软件开发重要的调试手段，其重要性不言而喻。现在基本上所有的MCU都会带有串口，STM32自然也不例外。STM32F767的串口资源相当丰富的，功能也相当强劲。iCore4双核心板所使用的STM32F767IGT6最多可提供8路串口，支持8/16倍过采样、支持自动波特率检测、支持Modbus通信、支持同步单线通信和半双工单线通讯、具有DMA等。
* UART特点：
* 全双工操作(相互独立的接收数据和发送数据)。
* 同步操作时，可主机时钟同步，也可从机时钟同步。
* 支持8和9位数据位，1或2位停止位的串行数据帧结构。
* 由硬件支持的奇偶校验位发生和检验。
* 数据溢出检测。
* 帧错误检测。
* 包括错误起始位的检测噪声滤波器和数字低通滤波器。
* 三个完全独立的中断，TX发送完成、TX发送数据寄存器空、RX接收完成。
* 支持多机通信模式。
* 支持倍速异步通信模式。
=== 2、USART框图 ===
{{ :icore4:icore4_arm_hal_4_1.png?direct |}}
=== 3、USART字符说明 ===
* 可通过对USART_CR1寄存器中的M位（M0：位12，M1：位28）进行编程来将字长设置为7位、8位或9位。仅某些USART支持7位模式。此外，并非所有模式都在7位数据长度模式下受支持。
* 7位字符长度：M[1:0]=“10”
* 8位字符长度：M[1:0]=“00”
* 9位字符长度：M[1:0]=“01”
* 在默认情况下，信号（TX或RX）在起始位工作期间处于低电平状态。在停止位工作期间处于高电平状态。通过极性配置控制，可以单独针对每个信号对这些值取反。
* 空闲字符：可理解为整个帧周期内电平均为“1”（停止位的电平也是“1”）。
* 停止字符：可理解为在一个帧周期内接收到的电平均为“0”。发送器在中断帧的末尾插入2个停止位。
* 发送和接收操作由通用波特率发生器驱动。当发送器和接收器的使能位置1时，将分别生成发送时钟和接收时钟。
* 下面给出了各个块的详细说明:
{{ :icore4:icore4_arm_hal_4_2.png?direct |}}
{{ :icore4:icore4_arm_hal_4_3.png?direct |}}
{{ :icore4:icore4_arm_hal_4_4.png?direct |}}
* 本试验使用的芯片STM32F767IGT6，使用UART为USART_6，引脚位PC6和PC7，经过串口转USB芯片CH340转换后，可通过USB接口与计算机通讯。计算机安装 CH340 驱动后，可通过串口工具来接收串口发送的数据和向串口发送给数据。用串口工具打开iCore4对应的端口，波特率设为115200，发送相应的命令，便可以控制LED的亮灭情况。串口命令如下表：
|LED_RED_ON\r\n |LED红灯亮|
|LED_RED_OFF\r\n |LED红灯灭|
|LED_BLUE_ON\r\n |LED蓝灯亮|
|LED_BLUE_OFF\r\n |LED蓝灯灭|
|LED_GREEN_ON\r\n |LED绿灯亮|
|LED_GREEN_OFF\r\n |LED绿灯灭|
==== 四、 实验程序 ====
=== 1、 主函数 ===
int main(void)
{
int i;
char buffer[20];
/* MCU 配置*/
/* 重置所有外围设备，初始化Flash接口和Systick */
HAL_Init();
/* 配置系统时钟 */
SystemClock_Config();
/* 初始化所有已配置的外围设备 */
MX_GPIO_Init();
MX_USART6_UART_Init();
usart6.initialize(9600); //串口波特设置
usart6.printf("Hello, I am iCore4!\r\n"); //串口信息输出
while (1)
{
if(usart6.receive_ok_flag){ //接受完成
usart6.receive_ok_flag = 0;
for(i = 0;i < 20;i++){
buffer[i] = tolower(usart6.receive_buffer[i]);
}
//比较接受信息
if(memcmp(buffer,"led_red_on",strlen("led_red_on")) == 0){
LED_RED_ON;
usart6.printf("ok!\r\n");
}
if(memcmp(buffer,"led_red_off",strlen("led_red_off")) == 0){
LED_RED_OFF;
usart6.printf("ok!\r\n");
}
if(memcmp(buffer,"led_green_on",strlen("led_green_on")) == 0){
LED_GREEN_ON;
usart6.printf("ok!\r\n");
}
if(memcmp(buffer,"led_green_off",strlen("led_green_off")) == 0){
LED_GREEN_OFF;
usart6.printf("ok!\r\n");
}
if(memcmp(buffer,"led_blue_on",strlen("led_blue_on")) == 0){
LED_BLUE_ON;
usart6.printf("ok!\r\n");
}
if(memcmp(buffer,"led_blue_off",strlen("led_blue_off")) == 0){
LED_BLUE_OFF;
usart6.printf("ok!\r\n");
}
}
}
}
=== 2、 UART结构体定义 ===
UART_HandleTypeDef huart6;
* UART句柄结构定义，这个结构体中存放了UART所有用到的功能，后面的别名就是我们所用的uart串口的别名。
typedef struct __UART_HandleTypeDef
{
USART_TypeDef *Instance;
//UART寄存器基地址
UART_InitTypeDef Init;
//UART通讯参数
UART_AdvFeatureInitTypeDef AdvancedInit;
//UART高级功能初始化参数
uint8_t * pTxBuffPtr;
//指向UART Tx传输缓冲区的指针
uint16_t TxXferSize;
//UART Tx传输大小
__IO uint16_t TxXferCount;
//UART Tx传输计数器
uint8_t * pRxBuffPtr;
//指向UART Rx传输缓冲区的指针
uint16_t RxXferSize;
//UART Rx传输大小
__IO uint16_t RxXferCount;
//UART Rx传输计数器
uint16_t Mask;
// UART Rx RDR寄存器掩码
DMA_HandleTypeDef * hdmatx;
//UART Tx DMA句柄参数
DMA_HandleTypeDef * hdmarx;
//UART Rx DMA句柄参数
HAL_LockTypeDef Lock;
//锁定对象
__IO HAL_UART_StateTypeDef gState;
//与全局句柄管理有关的UART状态信息并且与Tx操作有关。
__IO HAL_UART_StateTypeDef RxState;
//与Rx操作有关的UART状态信息
__IO uint32_t ErrorCode;
//UART错误代码
} UART_HandleTypeDef;
=== 3、 USART6初始化函数 ===
void MX_USART6_UART_Init(void)
{
huart6.Instance = USART6;
huart6.Init.BaudRate = 115200; //波特率
huart6.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; //在一帧中发送或接收的数据位数
huart6.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;//停止位
huart6.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;//校验位
huart6.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;//发送接收模式
huart6.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;//硬件流控制模式
huart6.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
huart6.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;
huart6.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;
if (HAL_UART_Init(&huart6) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
}
=== 4、 串口发送/接收函数 ===
* HAL_UART_Transmit();串口发送数据，使用超时管理机制
* HAL_UART_Receive();串口接收数据，使用超时管理机制
* HAL_UART_Transmit_IT();串口中断模式发送
* HAL_UART_Receive_IT();串口中断模式接收
* HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式发送
* HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式接收
* **串口发送数据**
HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
* **功能：**串口发送指定长度的数据。如果超时没发送完成，则不再发送，返回超时标志（HAL_TIMEOUT）。
* **参数：**
* UART_HandleTypeDef*huart UATR的别名 如: UART_HandleTypeDef huart6;别名就是huart6
* *pData 需要发送的数据
* Size 发送的字节数
* Timeout 最大发送时间，发送数据超过该时间退出发送
* **中断接收数据：**
HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
* **功能：**串口中断接收，以中断方式接收指定长度数据。
* **大致过程：**设置数据存放位置，接收数据长度，然后使能串口接收中断。接收到数据时，会触发串口中断。之后，串口中断函数处理，直到接收到指定长度数据，而后关闭中断，进入中断接收回调函数，不再触发接收中断。(只触发一次中断)
* **参数：**
* UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名
* *pData 接收到的数据存放地址
* Size 接收的字节数
=== 5、 串口中断函数 ===
HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);
//串口中断处理函数
HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//串口发送中断回调函数
HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//串口发送一半中断回调函数（用的较少）
HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//串口接收中断回调函数
HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//串口接收一半回调函数（用的较少）
HAL_UART_ErrorCallback();
//串口接收错误函数
* **串口接收中断回调函数**
HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
* **功能：**HAL库的中断进行完之后，并不会直接退出，而是会进入中断回调函数中，用户可以在其中设置代码，串口中断接收完成之后，会进入该函数，该函数为空函数，用户需自行修改。
* **参数：**
* UART_HandleTypeDef *huart UATR的别名
* **串口中断处理函数**
HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);
* **功能：**对接收到的数据进行判断和处理 判断是发送中断还是接收中断，然后进行数据的发送和接收，在中断服务函数中使用
* **串口查询函数**
HAL_UART_GetState(); //判断UART的接收是否结束，或者发送数据是否忙碌
==== 五、 实验步骤 ====
- 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
- 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
- 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
- 烧写程序到iCore4上；
- 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
=== 六、 实验现象 ===
* 通过串口输入相应的命令，可以控制LED的亮灭。
{{ :icore4:icore4_arm_hal_4_5.png?direct |}}