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| V1.0 | 2020-07-29 | gingko | 初次建立 |
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===== STM32CubeMX教程五十三——RS_232通信实验 =====
1.在主界面选择File-->New Project 或者直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_1.png?direct |}}
2.出现芯片型号选择，搜索自己芯片的型号，双击型号，或者点击Start Project进入配置
在搜索栏的下面，提供的各 种查找方式，可以选择芯片内核，型号，等等，可以帮助你查找芯片。本实验选取的芯片型号为：STM32H750IBKx。
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_2.png?direct |}}
3.配置RCC，使用外部时钟源
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_3.png?direct |}}
4.时基源选择SysTick
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_4.png?direct |}}
5.将PA10,PB7,PB8设置为GPIO_Output
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_5.png?direct |}}
6.引脚模式配置
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_6.png?direct |}}
7.配置串口
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_7.png?direct |}}
在NVIC Settings一栏使能接收中断
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_8.png?direct |}}
引脚配置
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_9.png?direct |}}
8.时钟源设置，选择外部高速时钟源，配置为最大主频
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_10.png?direct |}}
9.工程文件的设置, 这里就是工程的各种配置 我们只用到有限几个，其他的默认即可 IDE我们使用的是 MDK V5.27
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_11.png?direct |}}
10.点击Code Generator，进行进一步配置
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_12.png?direct |}}
* **Copy all used libraries into the project folder**
* 将HAL库的所有.C和.H都复制到所建工程中
* 优点：这样如果后续需要新增其他外设又可能不再用STM32CubeMX的时候便会很方便
* 缺点：体积大，编译时间很长
* **Copy only the necessary library files**
* 只复制所需要的.C和.H（推荐）
* 优点：体积相对小，编译时间短，并且工程可复制拷贝
* 缺点：新增外设时需要重新用STM32CubeMX导入
* **Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file**
* 不复制文件，直接从软件包存放位置导入.C和.H
* 优点：体积小，比较节约硬盘空间
* 缺点：复制到其他电脑上或者软件包位置改变，就需要修改相对应的路径
* 自行选择方式即可
* Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per peripheral
* 每个外设生成单独的.c和.h文件
* Backup previously genareated files when re-generating
* 重新生成时备份以前产生的文件
* Keep User Code when re-generating
* 重新生成时保留用户代码
* Delete previously generated files when not re-generated
* 重新生成时删除以前生成的文件
* Set all free pins as analog (to optimize the power consumption)
* 没用到的引脚设置为模拟状态
11.然后点击GENERATE CODE 创建工程
{{ :icore4tx:icore4tx_cube_53_13.png?direct |}}
创建成功，打开工程。
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===== 实验五十三：RS_232通信实验——通过命令控制LED =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解STM32的UART结构。
- 了解STM32的UART特征。
- 掌握STM32的UART的使用方法。
- 掌握RS-232的使用方法。
- 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
- iCore4TX 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.3.29da532fLkazHH&id=614919247574|点击购买]]。
- iCore4TX 扩展底板。
- 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 ====
=== 串口通讯协议简介 ===
* 串口通讯(Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，大部分电子设备都支持该通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。
* 在计算机科学里，大部分复杂的问题都可以通过分层来简化。如芯片被分为内核层和片上外设；对于通讯协议，我们也以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们用中文还是英文来交流。
* 下面我们分别对串口通讯协议的物理层及协议层进行讲解。
== 1、物理层： ==
* 串口通讯的物理层有很多标准及变种，我们主要讲解 RS-232 标准，RS-232 标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。
* 使用 RS-232 标准的串口设备间常见的通讯结构见下图。
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_1.png?direct&650 |}}
* 在上面的通讯方式中，两个通讯设备的“DB9 接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用“RS-232 标准”传输数据信号。由于 RS-232 电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个“电平转换芯片”转换成控制器能识别的“TTL 校准”的电平信号，才能实现通讯。
* **电平标准：**
* 根据通讯使用的电平标准不同，串口通讯可分为 TTL 标准及 RS-232 标准。
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_2.png?direct&400 |}}
* 我们知道常见的电子电路中常使用TTL的电平标准，理想状态下，使用5V表示二进制逻辑1，使用0V表示逻辑0；而为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，它使用-15V表示逻辑1，+15V表示逻辑0。使用RS232与TTL电平校准表示同一个信号时的对比见下图。
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_3.png?direct&650 |}}
* 因为控制器一般使用 TTL 电平标准，所以常常会使用 SP3232 芯片对 TTL 及 RS-232电平的信号进行互相转换。
* **RS-232介绍:**
* RS-232是美国电子工业联盟制定的串行数据通信接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称RS232），它被广泛用于DCE（Data Communication Equipment ） 和 DTE（Data Terminal Equipment） 之间的连接。DCE可以理解为数据通信端，比如modem设备；DTE可以理解为数据终端，比如电脑。最早的台式电脑都会保留9针的232接口，用于串口通信，目前基本被USB接口取代。现在RS232接口常用于仪器仪表设备，PLC以及嵌入式领域当作调试口来使用。
* RS-232规定的标准传送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s，可以灵活地适应不同速率的设备。对于慢速外设，可以选择较低的传送速率：反之，可以选择较高的传送速率。
* RS-232是现在主流的串行通信接口之一。由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”
为-3—-15V；逻辑“0”：+3—+15V，噪声容限为2V。即要求接收器能识别高于+3V的信号作为逻辑“0”，低于-3V的信
号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
（2）传输速率较低，在异步传输时，比特率为20Kbps；因此在51CPLD开发板中，综合程序波特率只能采用19200，也是
这个原因。
（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰
性弱。
（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。
* 在旧式的台式计算机中一般会有 RS-232 标准的 COM 口(也称 DB9 接口)，见下图。
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_4.png?direct&500 |}}
* 其中接线口以针式引出信号线的称为公头，以孔式引出信号线的称为母头。在计算机中一般引出公头接口，而在调制调解器设备中引出的一般为母头，使用上图中的串口线即可把它与计算机连接起来。通讯时，串口线中传输的信号就是使用前面讲解的 RS-232 标准调制的。
* 在这种应用场合下，DB9 接口中的公头及母头的各个引脚的标准信号线接法见下图。
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_5.png?direct&500 |}}
* DB9 信号线说明(公头，为方便理解，可把 DTE 理解为计算机， DCE 理解为调制解调器)如下图：
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_6.png?direct&600 |}}
* **硬件连接:**
* 9线式连接示意图：
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_7.jpg?direct |}}
* 5线式连接示意图：
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_8.jpg?direct |}}
* 3线式连接示意图：
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_9.jpg?direct |}}
* 在目前的其它工业控制使用的串口通讯中，一般只使用 RXD、 TXD 以及 GND 三条信号线，直接传输数据信号,我们的iCore4T扩展底板也是采用3线连接的。3线连接中，DTE使用TXD和RXD两条数据线，无法实现硬件流控功能，在做大量数据传输应用时，建议使用5线或9线连接方式。
== 2、协议层： ==
* 串口通讯的数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口。在串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。串口数据包的基本组成如下图：
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_10.png?direct |}}
* **1. 波特率**
* 本实验中主要讲解的是串口异步通讯，异步通讯中由于没有时钟信号(如前面的 DB9接口中是没有时钟信号的)，所以两个通讯设备之间需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码，上图中用虚线分开的每一格就是代表一个码元。常见的波特率为4800、 9600、 115200 等。
* **2. 通讯的起始和停止信号**
* 串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑 0 的数据位表示，而数据包的停止信号可由 0.5、 1、 1.5 或 2 个逻辑 1 的数据位表示，只要双方约定一致即可。
* **3. 有效数据**
* 在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为 5、 6、 7 或 8 位长。
* **4. 数据校验**
* 在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、 0 校验(space)、 1 校验(mark)以及无校验(noparity)，它们介绍如下：
* 奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个 8 位长的有效数据为： 01101001，此时总共有 4 个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位。
* 偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数，比如数据帧： 11001010，此时数据帧“1”的个数为 4 个，所以偶校验位为“0”。
* 0 校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”， 1 校验是校验位总为“1”。
* 在无校验的情况下，数据包中不包含校验位。
* 在本实验中，我们通过连接RS-232,经SP3232芯片转换后可与计算机通讯。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iCore4T对应的端口，波特率设为115200，发送相应的命令，便可以控制ARM_LED的亮灭情况。串口命令如下表：
|LED_ON\r\n|LED灯亮|
|LED_OFF\r\n|LED灯灭|
* 原理图：
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_11.png?direct |}}
==== 四、 实验程序 ====
=== 1.主函数 ===
int main(void)
{
int i;
char buffer[20];
HAL_Init();
SystemClock_Config();
i2c.initialize();
axp152.initialize();
axp152.set_dcdc1(3500);//[ARM & FPGA]
axp152.set_dcdc2(1200);//[FPGA INT]
axp152.set_dcdc3(3300);//[DCOUT3]
axp152.set_dcdc4(3300);//[DCOUT4]
axp152.set_aldo1(3300);//[BK3]
axp152.set_aldo2(3300);//[ALDOOUT2]
axp152.set_dldo1(3300);//[BK0]
axp152.set_dldo2(3300);//[BK1]
HAL_Delay(200);
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
usart1.initialize(115200);//串口波特率设置
usart1.printf("Hello, I am iCore4TX\r\n");//串口信息输出
LED_ON;
while (1)
{
if(usart1.receive_ok_flag){ //接收完成
usart1.receive_ok_flag = 0;
for(i = 0;i < 20;i++){
buffer[i] = tolower(usart1.receive_buffer[i]);
}//比较接收信息
if(memcmp(buffer,"led_on",strlen("led_on")) == 0){
LED_ON;
usart1.printf("ok!\r\n");
}
if(memcmp(buffer,"led_off",strlen("led_off")) == 0){
LED_OFF;
usart1.printf("ok!\r\n");
}
}
}
}
=== 2.UART结构体定义 ===
UART_HandleTypeDef huart1;
* UART的名称定义，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通信参数
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
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.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 huart2;别名就是huart2
* *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
=== 4.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_GetState();
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iCore4TX的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
- 将扩展板的RS232接口与相应的转换模块相连。
- 将转换模块与PC机相连。
- 把iCore4TX通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4TX供电；
- 打开 Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
- 烧写程序到 iCore4TX 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 ====
通过串口输入命令可以控制LED的亮灭。
{{ :icore4tx:icore4tx_arm_hal_53_12.png?direct |}}