單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與調(diào)試-基于STM32F1xx機(jī)型和HAL庫(kù)函數(shù) 課件 項(xiàng)目9 利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制

單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作

（stm32機(jī)型）項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制任務(wù)9.1認(rèn)識(shí)STM32單片機(jī)的USART總目錄1項(xiàng)目1、利用GPIO和位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警

2項(xiàng)目2、利用SysTick實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警與控制

3項(xiàng)目3、利用按鍵查詢實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示

4項(xiàng)目4、利用外部中斷實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示

5項(xiàng)目5、利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速6項(xiàng)目6、利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示和打包控制

7項(xiàng)目7、利用DAC實(shí)現(xiàn)LED亮度控制8項(xiàng)目8、利用ADC實(shí)現(xiàn)土壤濕度采集

項(xiàng)目總目標(biāo)項(xiàng)目總目標(biāo)通過UART與UART通信、UART與PC機(jī)通信等工作任務(wù)，掌握UART通信電路與程序設(shè)計(jì)方法。具體包括：1、了解單片機(jī)串行通信基本概念，能夠說出串行通信特點(diǎn)與分類；2、理解STM32F10x的UART結(jié)構(gòu)組成與工作特性，能夠?qū)φ战Y(jié)構(gòu)框圖說出其基本工作過程；3、掌握基于STM32F10xUART的電路設(shè)計(jì)方法，能進(jìn)行基本獨(dú)立設(shè)計(jì)與調(diào)試；4、掌握基于HAL庫(kù)函數(shù)的STM32F10xUART編程方法，能獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)；5、會(huì)查找相關(guān)資料、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。子目錄9項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制9.1任務(wù)9.1 認(rèn)識(shí)STM32單片機(jī)的USART9.2任務(wù)9.2 兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試9.3任務(wù)9.3 STM32UART與PC機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試任務(wù)目標(biāo)：1、能夠說出并行/串行通信、同步/異步通信、單工/半雙工/雙工通信的異同；2、知曉比特率的概念；3、知曉UART通信的數(shù)據(jù)傳送規(guī)則、電平約定和設(shè)備連接方法；4、看懂STM32F10xUSART結(jié)構(gòu)框圖。任務(wù)9.1認(rèn)識(shí)STM32單片機(jī)的UART分組討論自由發(fā)言，闡述對(duì)通信的認(rèn)識(shí)，查閱資料了解STM32的通信方式討論與發(fā)言什么是并行通信和串行通信認(rèn)識(shí)串行通訊2、什么是比特率和波特率認(rèn)識(shí)串行通訊將每秒鐘傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)稱為比特率（BitRate）。如果每秒可傳送1000位數(shù)據(jù)，則稱數(shù)據(jù)傳輸速率即比特率=1000位/秒=1000bit/second=1000bps波特率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的個(gè)數(shù)。波特率=比特率×2÷M，M是碼元的狀態(tài)數(shù)。2、什么是比特率和波特率認(rèn)識(shí)串行通訊將每秒鐘傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)稱為比特率（BitRate）。如果每秒可傳送1000位數(shù)據(jù)，則稱數(shù)據(jù)傳輸速率即比特率=1000位/秒=1000bit/second=1000bps波特率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的個(gè)數(shù)。波特率=比特率×2÷M，M是碼元的狀態(tài)數(shù)。3、什么是單工通信和雙工通信認(rèn)識(shí)串行通訊單工通信（Simplex），是最簡(jiǎn)單的一種通信方式。在這種方式下，數(shù)據(jù)只能單向傳送。例如，日常生活中的廣播和電視。半雙工通信（HalfDuplex），指在同一條通路上數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但在同一時(shí)刻這條通路上只能有一個(gè)方向的數(shù)據(jù)在傳輸。例如，辯論。全雙工通信（FullDuplex），是指使用不同通路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)兩個(gè)方向的傳輸，從而使數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上可以同時(shí)進(jìn)行傳送。例如，電話4、什么是同步通信和異步通信認(rèn)識(shí)串行通訊同步通信，通過在發(fā)送端和接收端之間使用共同的時(shí)鐘從而使得它們保持“協(xié)調(diào)”。雖多占了一根IO線，數(shù)據(jù)傳輸速度快，適于需要高速通信的場(chǎng)合。異步通信，是指在發(fā)送端和接收端之間不存在共同的時(shí)鐘。雖然傳輸速率遠(yuǎn)低于同步通信，但在發(fā)送端和接收端無(wú)需額外的時(shí)鐘線。認(rèn)識(shí)STM32F10x的USART1、數(shù)量及名稱STM32F103ZET6有5個(gè)USART/UART。其中3個(gè)名為USART1、USART2和USART3，既可以進(jìn)行同步（Synchronous）通信也可以進(jìn)行異步（Asynchronous）通信。另外兩個(gè)名為UART4和UART5，只能進(jìn)行異步通信。2、支持的工作模式STM32F10x的USART/UART不僅支持全雙工的通用同步和異步通信，還支持半雙工單線通信等模式3、使用的引腳（1）異步通信使用的引腳Tx（Transmit）發(fā)送、Rx（Receive）接收，它們與GPIO引腳復(fù)用，（2）同步通信使用的引腳除了Tx和Rx外，還有同步時(shí)鐘引腳SCLK。SCLK復(fù)用的GPIO引腳也在表9.1.3中引腳APB2總線APB1總線USART1USART2USART3UART4UART5默認(rèn)重映射默認(rèn)重映射默認(rèn)重映射重映射默認(rèn)默認(rèn)TxPA9PB6PA2PD5PB10PC10PD8PC10PC12RxPA10PB7PA3PD6PB11PC11PD9PC11PD2SCLKPA8

PA4PD7PB12PC12PD10

4、工作時(shí)鐘USART1掛接在APB2總線上，其工作時(shí)鐘是PCLK2，最大頻率為72MHz。其他四個(gè)則掛接在APB1總線上，其工作時(shí)鐘是PCLK1，最大頻率為36MHz。5、USART功能框圖認(rèn)識(shí)STM32的DAC結(jié)構(gòu)項(xiàng)目總目標(biāo)項(xiàng)目總目標(biāo)通過UART與UART通信、UART與PC機(jī)通信等工作任務(wù)，掌握UART通信電路與程序設(shè)計(jì)方法。具體包括：1、了解單片機(jī)串行通信基本概念，能夠說出串行通信特點(diǎn)與分類；2、理解STM32F10x的UART結(jié)構(gòu)組成與工作特性，能夠?qū)φ战Y(jié)構(gòu)框圖說出其基本工作過程；3、掌握基于STM32F10xUART的電路設(shè)計(jì)方法，能進(jìn)行基本獨(dú)立設(shè)計(jì)與調(diào)試；4、掌握基于HAL庫(kù)函數(shù)的STM32F10xUART編程方法，能獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)；5、會(huì)查找相關(guān)資料、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作

（stm32機(jī)型）石梅香項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制任務(wù)9.2兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試總目錄1項(xiàng)目1、利用GPIO和位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警

2項(xiàng)目2、利用SysTick實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警與控制

3項(xiàng)目3、利用按鍵查詢實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示

4項(xiàng)目4、利用外部中斷實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示

5項(xiàng)目5、利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速6項(xiàng)目6、利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示和打包控制

7項(xiàng)目7、利用DAC實(shí)現(xiàn)LED亮度控制8項(xiàng)目8、利用ADC實(shí)現(xiàn)土壤濕度采集

項(xiàng)目總目標(biāo)項(xiàng)目總目標(biāo)通過UART與UART通信、UART與PC機(jī)通信等工作任務(wù)，掌握UART通信電路與程序設(shè)計(jì)方法。具體包括：1、了解單片機(jī)串行通信基本概念，能夠說出串行通信特點(diǎn)與分類；2、理解STM32F10x的UART結(jié)構(gòu)組成與工作特性，能夠?qū)φ战Y(jié)構(gòu)框圖說出其基本工作過程；3、掌握基于STM32F10xUART的電路設(shè)計(jì)方法，能進(jìn)行基本獨(dú)立設(shè)計(jì)與調(diào)試；4、掌握基于HAL庫(kù)函數(shù)的STM32F10xUART編程方法，能獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)；5、會(huì)查找相關(guān)資料、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。子目錄9項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制9.1任務(wù)9.1 認(rèn)識(shí)STM32單片機(jī)的USART9.2任務(wù)9.2 兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試9.3任務(wù)9.3 STM32UART與PC機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試任務(wù)9.2兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試一、任務(wù)要求（一）總目標(biāo)1、能畫出兩臺(tái)STM32UART通信電路；2、能利用HAL_UART_Receive（）和HAL_UART_Transmit（）庫(kù)函數(shù)編寫兩臺(tái)STM32UART通信程序。（二）具體任務(wù)描述按下1#機(jī)K_UP鍵（PA0）： 點(diǎn)亮2#機(jī)LED0；按下1#機(jī)K_DOWN鍵（PE2）： 熄滅2#機(jī)LED0；按下1#機(jī)K_LEFT鍵（PE3）： 點(diǎn)亮2#機(jī)LED0~LED7；按下1#機(jī)K_RIGHT鍵（PE4）： 熄滅2#機(jī)LED0~LED7。分組討論要實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)STM32的UART通信，電路和程序應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)討論與發(fā)言方案設(shè)計(jì)圖9.2.1系統(tǒng)方框圖電路設(shè)計(jì)由于1#機(jī)只發(fā)送，2#機(jī)只接收，圖中虛線也可以不接程序設(shè)計(jì)與調(diào)試1、1#程序文件布局與框架搭建程序設(shè)計(jì)與調(diào)試2、1#程序流程圖程序設(shè)計(jì)與調(diào)試3、1#程序主程序（1）第5行：聲明UART操作變量UART1_Handler，指出它是一個(gè)extern型變量（該變量在文件uart.c中被定義），數(shù)據(jù)類型是UART_HandleTypeDef。關(guān)于UART_HandleTypeDef類型詳情參見表9.2.1。（2）第7行：定義變量TX_Char，該變量用于存儲(chǔ)準(zhǔn)備從UART發(fā)送的數(shù)據(jù)。（3）第13行，調(diào)用函數(shù)UART1_Init（），初始化UART。該函數(shù)在uart.c中定義，帶一個(gè)參數(shù)，用于指出波特率，這里是9600bps。（4）第16～20行：進(jìn)行按鍵采集，根據(jù)按鍵情況為變量TX_Char賦值。第22行：使用了庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Transmit（），將變量TX_Char的值送入U(xiǎn)ART進(jìn)行發(fā)送。該函數(shù)共有4個(gè)參數(shù)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試4、1#UART程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試4、1#UART程序設(shè)計(jì)（1）第2行：定義UART操作變量名為UART1_Handler，數(shù)據(jù)類型固定為UART_HandleTypeDef，用于指出用哪個(gè)UART，怎么發(fā)送或接收，具體要求參見表9.2.1。（2）第4～14行：UART初始化函數(shù)。該函數(shù)帶一個(gè)參數(shù)baund，用于指出波特率。（3）第5～11行用于設(shè)置變量UART1_Handler，指出使用USART1，波特率=bound、數(shù)據(jù)位+校驗(yàn)位字長(zhǎng)=8、1個(gè)停止位、無(wú)校驗(yàn)位、無(wú)硬件流控制、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模式。對(duì)于本應(yīng)用，由于1#機(jī)只進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，也可將其設(shè)置為數(shù)據(jù)發(fā)送模式（UART_MODE_TX）。（4）第13行調(diào)用UART初始化庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Init（），按照變量UART1_Handler的值進(jìn)行UART初始化。該庫(kù)函數(shù)定義參見表9.2.2。（5）第19～35行：執(zhí)行UART初始化庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Init（）時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用庫(kù)函數(shù)HAL_UART_MspInit（）。此庫(kù)函數(shù)內(nèi)容可自行編寫。我們?cè)谶@里開啟USART1和GPIOA時(shí)鐘，初始化USART1的引腳PA9（Tx）和PA10（Rx）。注意PA9應(yīng)設(shè)置為復(fù)用推挽輸出，PA10應(yīng)設(shè)置為復(fù)用輸入。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5、UART相關(guān)庫(kù)函數(shù)解讀表9.2.1

UART操作變量UART操作變量數(shù)據(jù)類型：

UART_HandleTypeDef

typedef

struct

{ USART_TypeDef *Instance；

//UART名，取值有5個(gè)：USART1～USART3、UART4～UART5

UART_InitTypeDef

Init；

//UART初始化參數(shù)，定義見本表第3、4行

uint8_t *pTxBuffPtr；

//UART發(fā)送緩沖區(qū)首地址，指針變量

uint16_t TxXferSize；

//UART發(fā)送緩沖區(qū)長(zhǎng)度

uint16_t TxXferCount；

//UART發(fā)送計(jì)數(shù)器uint8_t *pRxBuffPtr；

//UART接收緩沖區(qū)首地址，指針變量

uint16_t RxXferSize；

//UART接收緩沖區(qū)長(zhǎng)度

uint16_t RxXferCount；

//UART接收計(jì)數(shù)器

DMA_HandleTypeDef *hdmatx；

//DMA

發(fā)送參數(shù)

DMA_HandleTypeDef *hdmarx；

//DMA

接收參數(shù)HAL_LockTypeDef Lock；

//鎖定對(duì)象

__IO

HAL_UART_StateTypeDefgState；

//發(fā)送狀態(tài)

__IO

HAL_UART_StateTypeDefRxState //接收狀態(tài)__IOuint32_t ErrorCode；

//錯(cuò)誤代碼}UART_HandleTypeDef；

UART初始化數(shù)據(jù)類型：

UART_InitTypeDeftypedef

struct

{ uint32_t BaudRate；

//波特率

uint32_t WordLength；

//字長(zhǎng)（數(shù)據(jù)位+奇偶校驗(yàn)位）

，有8位和9位兩個(gè)取值://UART_WORDLENGTH_8B（8位）、

UART_WORDLENGTH_9B（9位）uint32_t StopBits；

//停止位，有1和2兩個(gè)取值：UART_STOPBITS_1、UART_STOPBITS_2uint32_t Parity；

//奇偶校驗(yàn)位，有三個(gè)取值：//UART_PARITY_NONE（無(wú)）、UART_PARITY_EVEN（偶）

、UART_PARITY_ODD（奇）

uint32_t Mode；

//模式，有三個(gè)取值：//UART_MODE_RX（接收）、UART_MODE_TX（發(fā)送）、UART_MODE_TX_RX（發(fā)送-接收）uint32_t HwFlowCtl；

//硬件流控制，有四個(gè)取值：UART_HWCONTROL_NONE（無(wú)）、

//UART_HWCONTROL_RTS、UART_HWCONTROL_CTS、UART_HWCONTROL_RTS_CTS uint32_t OverSampling；

//過采樣系數(shù)，默認(rèn)為16。如果定義了USART_CR1_OVER8，則默認(rèn)為8。

}UART_InitTypeDef；程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5、UART相關(guān)庫(kù)函數(shù)解讀表9.2.2

UART初始化庫(kù)函數(shù)UART初始化函數(shù)：

HAL_UART_Init（&UART操作變量）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Init（UART_HandleTypeDef

*huart）

功能：初始化UART，并隱性調(diào)用庫(kù)函數(shù)HAL_UART_MSPInit（）。入口參數(shù)：huart，指出對(duì)哪個(gè)UART/USART進(jìn)行初始化，如何初始化。數(shù)據(jù)類型為：

UART_HandleTypeDef

，結(jié)構(gòu)體變量，其定義見表9.2.1。返回值：類型為HAL_StatusTypeDef，有四個(gè)取值：HAL_OK=0x00；

HAL_ERROR=0x01；

HAL_BUSY=0x02；

HAL_TIMEOUT=0x03

UART初始化隱性調(diào)用函數(shù)：

HAL_UART_MSPInit（UART_HandleTypeDef

*huart）函數(shù)原型：__weakvoidHAL_UART_MSPInit（UART_HandleTypeDef

*huart）

功能：會(huì)被

HAL_UART_Init（）自動(dòng)調(diào)用，用于完善UART初始化內(nèi)容，例如開啟UART時(shí)鐘，初始化相關(guān)引腳，設(shè)置中斷等。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5、UART相關(guān)庫(kù)函數(shù)解讀表9.2.3

UART發(fā)送庫(kù)函數(shù)（查詢方式）查詢發(fā)送函數(shù)：

HAL_UART_Transmit（&UART操作變量，&數(shù)據(jù)首地址，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，超時(shí)時(shí)間）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDef

HAL_UART_Transmit（UART_HandleTypeDef

*huart，

uint8_t

*pData，

uint16_t

Size，

uint32_t

Timeout）功能：按照huart的設(shè)置，以查詢方式進(jìn)行UART數(shù)據(jù)發(fā)送。發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址由pData指出，數(shù)據(jù)串長(zhǎng)度是Size，超時(shí)時(shí)間是Timeout。入口參數(shù)1：huart，是UART操作變量，數(shù)據(jù)類型為UART_HandleTypeDef

，結(jié)構(gòu)體變量。指出用哪個(gè)USART/UART發(fā)送。入口參數(shù)2：pData，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址，指針變量。入口參數(shù)3：size，發(fā)送緩沖區(qū)長(zhǎng)度。入口參數(shù)4：Timeout，超時(shí)時(shí)間，單位是ms。返回值：HAL_StatusTypeDef，有四個(gè)取值：HAL_OK=0x00；

HAL_ERROR=0x01；

HAL_BUSY=0x02；

HAL_TIMEOUT=0x03表9.2.4

UART接收庫(kù)函數(shù)（查詢方式）查詢接收函數(shù)：

HAL_UART_Receive（&UART操作變量，&數(shù)據(jù)首地址，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，超時(shí)時(shí)間）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDef

HAL_UART_Receive（UART_HandleTypeDef

*huart，

uint8_t

*pData，

uint16_t

Size，

uint32_t

Timeout）功能：按照huart的設(shè)置，以查詢方式進(jìn)行UART數(shù)據(jù)接收。接收數(shù)據(jù)首地址由pData指出，數(shù)據(jù)串長(zhǎng)度是Size，超時(shí)時(shí)間是Timeout。入口參數(shù)1：huart，是UART操作變量，數(shù)據(jù)類型為UART_HandleTypeDef

，結(jié)構(gòu)體變量。指出用哪個(gè)USART/UART接收。入口參數(shù)2：pData，接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址，指針變量。入口參數(shù)3：size，接收緩沖區(qū)長(zhǎng)度。入口參數(shù)4：Timeout，超時(shí)時(shí)間，單位是ms。返回值：HAL_StatusTypeDef，有四個(gè)取值：HAL_OK=0x00；

HAL_ERROR=0x01；

HAL_BUSY=0x02；

HAL_TIMEOUT=0x03程序設(shè)計(jì)與調(diào)試6、按鍵程序程序設(shè)計(jì)與調(diào)試7、利用串口調(diào)試助手調(diào)試程序1、下載程序到開發(fā)板對(duì)以上程序進(jìn)行編譯生成，無(wú)錯(cuò)后下載到1#開發(fā)板。2、安裝串口調(diào)試助手3、安裝CH340驅(qū)動(dòng)4、打開調(diào)試助手調(diào)試程序程序設(shè)計(jì)與調(diào)試7、調(diào)試程序設(shè)計(jì)與調(diào)試8、2#機(jī)程序設(shè)計(jì)程序文件布局與框架搭建和流程圖程序設(shè)計(jì)與調(diào)試8、2#主程序設(shè)計(jì)（1）第6行：定義變量RX_Char，該變量用于存儲(chǔ)從UART接收到的數(shù)據(jù)。（2）第11行，初始化UART1，注意波特率必須和1#機(jī)相同。（3）第13行：使用了庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Receive（），將UART收到的數(shù)據(jù)存入變量RX_Char。與庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Transmit（）類似，也有4個(gè)參數(shù)，只是第2個(gè)參數(shù)用于指出將收到的數(shù)據(jù)存到哪里。（4）第14～24行：對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，根據(jù)輸入命令的不同，控制LED亮滅。有關(guān)庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Receive（）的解釋，詳見表9.2.4程序設(shè)計(jì)與調(diào)試8、2#uart和led程序設(shè)計(jì)

1、UART程序設(shè)計(jì)當(dāng)前設(shè)置為“UART_MODE_TX_RX”，無(wú)需改變。當(dāng)然由于本機(jī)只進(jìn)行接收，也可修改為“UART_MODE_RX”。2、LED程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試8、2#串口助手調(diào)試（1）對(duì)以上程序進(jìn)行編譯生成，無(wú)錯(cuò)后將程序下載到2#開發(fā)板。（2）用USB線通過“USB串口下載”接口將2#開發(fā)板連接到計(jì)算機(jī)上。（3）打開串口調(diào)試助手。（4）如圖9.2.12，點(diǎn)擊界面中“串口號(hào)”后面的向下箭頭，應(yīng)該能夠查找到CH340。（5）設(shè)置希望的波特率、數(shù)據(jù)格式等參數(shù)，注意必須與uart.c中的設(shè)置一致。（6）點(diǎn)擊“打開串口”。按鈕應(yīng)變成綠色。（7）已經(jīng)打開串口（按鈕綠色）情況下，在下部的窗口中寫“1”，然后點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，應(yīng)該觀察到2#開發(fā)板上的LED1點(diǎn)亮。說明串口調(diào)試助手發(fā)送的字符“1”被2#STM32UART1接收到并且成功點(diǎn)亮LED1。（8）在下部的窗口中分別寫“2”、“3”、“4”，應(yīng)觀察到LED能按照要求相應(yīng)動(dòng)作（9）調(diào)試完成后關(guān)閉串口調(diào)試助手，斷開STM32和PC機(jī)的連接。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試8、雙機(jī)調(diào)試雙機(jī)聯(lián)調(diào)（1）將1#開發(fā)板的PA9、PA10、GND分別接到2#開發(fā)板的PA10、PA9、GND上。（2）給兩個(gè)開發(fā)板上電。（3）反復(fù)按下1#開發(fā)板四個(gè)按鍵之一，觀察2#開發(fā)板上的LED應(yīng)能對(duì)應(yīng)點(diǎn)亮或熄滅。單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作

（stm32機(jī)型）石梅香項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制任務(wù)9.3STM32UART與PC機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試總目錄1項(xiàng)目1、利用GPIO和位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警

2項(xiàng)目2、利用SysTick實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警與控制

3項(xiàng)目3、利用按鍵查詢實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示

4項(xiàng)目4、利用外部中斷實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示

5項(xiàng)目5、利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速6項(xiàng)目6、利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示和打包控制

7項(xiàng)目7、利用DAC實(shí)現(xiàn)LED亮度控制8項(xiàng)目8、利用ADC實(shí)現(xiàn)土壤濕度采集

項(xiàng)目總目標(biāo)項(xiàng)目總目標(biāo)通過UART與UART通信、UART與PC機(jī)通信等工作任務(wù)，掌握UART通信電路與程序設(shè)計(jì)方法。具體包括：1、了解單片機(jī)串行通信基本概念，能夠說出串行通信特點(diǎn)與分類；2、理解STM32F10x的UART結(jié)構(gòu)組成與工作特性，能夠?qū)φ战Y(jié)構(gòu)框圖說出其基本工作過程；3、掌握基于STM32F10xUART的電路設(shè)計(jì)方法，能進(jìn)行基本獨(dú)立設(shè)計(jì)與調(diào)試；4、掌握基于HAL庫(kù)函數(shù)的STM32F10xUART編程方法，能獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)；5、會(huì)查找相關(guān)資料、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。子目錄9項(xiàng)目9、利用UART實(shí)現(xiàn)LED燈控制9.1任務(wù)9.1 認(rèn)識(shí)STM32單片機(jī)的USART9.2任務(wù)9.2 兩臺(tái)STM32UART通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試9.3任務(wù)9.3 STM32UART與PC機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試任務(wù)9.3STM32UART與PC機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試一、任務(wù)要求（一）總目標(biāo)1、能完成STM32UART與PC機(jī)USB口通信電路的設(shè)計(jì)；2、能完成STM32UART與PC機(jī)COM口通信電路的設(shè)計(jì)；3、能利用HAL_UART_Transmit（）和HAL_UART_Receive（）函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)STM32與PC機(jī)通信；4、能利用HAL_UART_Transmit_IT（）和HAL_UART_Receive_IT（）函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)STM32與PC機(jī)通信；5、能利用getchar（）和printf（）函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)STM32與PC機(jī)通信；6、能夠查找相關(guān)資料，看懂?dāng)?shù)據(jù)手冊(cè)。（二）具體任務(wù)描述PC機(jī)輸入“1”： STM32點(diǎn)亮LED0，并向PC機(jī)發(fā)送“LED0已點(diǎn)亮”；PC機(jī)輸入“2”： STM32熄滅LED0，并向PC機(jī)發(fā)送“LED0已熄滅”；PC機(jī)輸入“3”： STM32點(diǎn)亮LED0~LED7，并向PC機(jī)發(fā)送“LED0~LED7已點(diǎn)亮”；PC機(jī)輸入“4”： STM32熄滅LED0~LED7，并向PC機(jī)發(fā)送“LED0~LED7已熄滅”分組討論實(shí)現(xiàn)STM32USART與PC機(jī)通信需要哪些設(shè)備，如何設(shè)計(jì)電路，并予以記錄。在討論基礎(chǔ)上，閱讀以下資料，按照指導(dǎo)步驟和相關(guān)信息完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和器件選型討論與發(fā)言UART與PC機(jī)USB口連接電路設(shè)計(jì)1、認(rèn)識(shí)USB接口方案設(shè)計(jì)

STM32

UART與PC機(jī)的USB口連接方案電路設(shè)計(jì)左側(cè)為PC機(jī)的USB接口，右側(cè)為STM32及LED電路，中間部分為USB/UART轉(zhuǎn)換電路。電路測(cè)試（1）在開發(fā)板上找到USB串口模塊和USB串口下載接口，如圖9.3.5。（2）斷電，電源指示燈熄滅。（3）用萬(wàn)用表測(cè)量STM32的PA9（Tx），應(yīng)與CH340的3腳（RXD）相連。PA10（Rx）應(yīng)與CH340的2腳（TXD）通過DV3相連。（4）用萬(wàn)用表測(cè)量CH340的5腳（D+）和6腳（D-），應(yīng)分別與板上的USB串口下載接口的2號(hào)和3號(hào)引腳相連。（5）用USB線連接USB串口下載接口到電腦上。（6）按下電源開關(guān)，電源指示燈點(diǎn)亮。（7）測(cè)量CH340的VCC（16腳）電壓應(yīng)約為5V。UART與PC機(jī)COM口連接電路設(shè)計(jì)（1）認(rèn)識(shí)COM口工控機(jī)、智能儀表、觸摸屏、I/O板卡、I/O模塊以及早期的PC機(jī)上常配有COM口即串口連接器，彼此間可通過COM口及連接電纜接在一起，如圖9.3.6所示。COM口又分為RS-232、RS-422、RS-485等。這里我們學(xué)習(xí)RS-232。（2）RS-232通信接口的型式RS-232通信接口連接器有25針和9針兩種，目前主要使用9針，也稱DB9，如圖9.3.7所示。分公頭（male）和母頭（female）兩種，其尺寸、插針的排列位置有明確規(guī)定。UART與PC機(jī)COM口連接電路設(shè)計(jì)（3）RS-232接口定義表9.3.2

RS-232接口定義針號(hào)名稱功能方向針號(hào)名稱功能方向1DCD數(shù)據(jù)載波檢出輸入6DSR數(shù)據(jù)裝置就緒輸入2RXD接收數(shù)據(jù)輸入7RTS請(qǐng)求發(fā)送輸出3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)輸出8CTS允許發(fā)送輸入4DTR數(shù)據(jù)終端就緒輸出9RI振鈴指示輸入5GND信號(hào)地-

（4）RS-232信號(hào)電平之前學(xué)習(xí)的UART，采用TTL或CMOS電平，5V表示邏輯“1”，0V表示邏輯“0”。RS-232則不同，RS-232使用－15V表示邏輯“1”，+15V表示邏輯“0”，如表9.3.3所示。通信標(biāo)準(zhǔn)邏輯值標(biāo)準(zhǔn)電平電壓范圍5VTTL“1”5V2.4V～5V“0”0V0~0.5VRS-232“1”－15V－15V～－3V“0”+15V+3V～+15V表9.3.3

TTL電平和RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)UART與PC機(jī)COM口連接電路設(shè)計(jì)（4）RS-232數(shù)據(jù)傳送規(guī)則RS-232接口的數(shù)據(jù)傳送規(guī)則與UART相同，如圖9.3.8所示，二者只是電平標(biāo)準(zhǔn)有差異。方案設(shè)計(jì)STM32UART與PC機(jī)的COM（RS-232）口連接方案RS-232/UART轉(zhuǎn)換芯片SP3232表9.3.4

SP3232引腳定義引腳名稱功能引腳名稱功能11T1IN第1路T（Transmit，發(fā)送）輸入，TTL14TIOUT第1路T（Transmit，發(fā)送）輸出，RS-23213R1IN第1路R（Receive，接收）輸入，RS-23212R1OUT第1路R（Receive，接收）輸出，TTL10T2IN第2路T（Transmit，發(fā)送）輸入，TTL7T2OUT第2路T（Transmit，發(fā)送）輸出，RS-2328R2IN第2路R（Receive，接收）輸入，RS-2329R2OUT第2路R（Receive，接收）輸出，TTL2V+電荷泵生成的+5.5V6V-電荷泵生成的-5.5V1C1+倍增電荷泵電容正極3C1-倍增電荷泵電容負(fù)極4C2+反相電荷泵電容正極5C2-反相電荷泵電容負(fù)極16VCC供電電源正極15GND供電電源負(fù)極電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)（STM32UART3與PC機(jī)COM口連接）電路測(cè)試（1）如圖9.3.12，在開發(fā)板上找到COM3模塊和芯片SP3232。（2）用短路插將P232上的PB10和TX、PB11和RX連接在一起（朝向COM3F位置）。（3）給開發(fā)板上電，測(cè)量SP3232的VCC（16腳）電壓應(yīng)與板上3.3V供電電壓相同。經(jīng)過電荷泵的增壓作用，V+（2腳）和V-（6腳）應(yīng)分別得到+5.5V和-5.5V左右的電壓。（4）將PB10接至電源引腳3.3，給PB10送TTL的“1”，應(yīng)該在母頭的TIOUT（2腳）得到RS-232電平的“1”，電壓約為-5.5V。（5）將PB10接至電源引腳GND，給它送TTL的“0”，應(yīng)該在母頭的TIOUT（2腳）得到RS-232電平的“0”，電壓約為+5.5V。（6）將母頭3號(hào)引腳即RS-232的RX接至電源引腳3.3，給它送RS-232電平的“0”，應(yīng)該在PB11引腳得到TTL電平“0”，電壓約為0V。（7）將母頭3號(hào)引腳即RS-232的RX接至電源引腳GND，給它送RS-232電平的“1”，應(yīng)該在PB11引腳得到TTL的“1”，電壓約3.3V。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試1、程序文件布局與框架搭建（1）復(fù)制文件夾：09-01-兩臺(tái)STM32-UART-receive。（2）修改副本文件夾名為：09-02-PC-UART-LED-transmit和receive。

（3）打開文件夾，修改工程名為：PC-UART-LED，雙擊打開工程。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試2、程序流程圖程序設(shè)計(jì)與調(diào)試3、程序主程序（1）第8～16行：定義了9個(gè)字符串?dāng)?shù)組，用于存儲(chǔ)STM32準(zhǔn)備發(fā)給PC機(jī)的信息。（2）第25～29行：用庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Transmit（）向PC機(jī)發(fā)送信息。待發(fā)送字符分別在數(shù)組TX_str1～TX_str5里。由于數(shù)組名即代表數(shù)組所在存儲(chǔ)區(qū)首地址，因此第2個(gè)參數(shù)TX_str1～TX_str5前可以不加地址操作符“&”（加了也不會(huì)錯(cuò)）。（3）第33行：用庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Receive（）接收PC機(jī)送入的命令。（4）第34～54行，根據(jù)輸入命令控制LED，并向PC機(jī)回送信息。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5、STM32UART程序設(shè)計(jì)不變。注意必須將UART設(shè)置為收發(fā)模式。6、STM32LED程序設(shè)計(jì)不變。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試7、調(diào)試程序（1）用ARM仿真器將開發(fā)板和計(jì)算機(jī)連到一起，以便進(jìn)行程序下載與調(diào)試，（2）對(duì)以上程序進(jìn)行編譯生成無(wú)誤后，將程序下載到開發(fā)板。（3）將開發(fā)板的“USB串口下載”接口和計(jì)算機(jī)連接在一起，以便使USART1能夠與PC機(jī)進(jìn)行通信。（4）打開計(jì)算機(jī)上的串口調(diào)試助手，找到串口，設(shè)置好參數(shù)，打開串口，如圖9.3.15。（5）串口調(diào)試助手中應(yīng)有命令提示信息顯示。（6）如果顯示字符不正確，可設(shè)置字符編碼為：GB2312_GBK，即可支持中文。（7）輸入命令例如“1”。（8）串口調(diào)試助手會(huì)報(bào)告“LED1已點(diǎn)亮”，觀察開發(fā)板上LED1應(yīng)點(diǎn)亮。（9）輸入其它命令，串口調(diào)試助手顯示內(nèi)容以及開發(fā)板上LED狀態(tài)，應(yīng)與命令一致。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試如何進(jìn)行多字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送/接收進(jìn)一步認(rèn)識(shí)UART查詢庫(kù)函數(shù)（1）查詢方式查詢方式是在數(shù)據(jù)發(fā)送/接收過程中，查詢表9.1.4中的狀態(tài)位。根據(jù)這些狀態(tài)位的值決定下一步的操作。在進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，可查詢TXE位或TC位。（2）庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Transmit（）和HAL_UART_Receive（）的工作過程進(jìn)一步認(rèn)識(shí)UART查詢庫(kù)函數(shù)中斷方式中斷方式是在進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送或接收時(shí)，允許表9.1.4所示的某個(gè)或某幾個(gè)中斷請(qǐng)求，例如允許RXNE中斷。只要RXNE=1，無(wú)需查詢，CPU會(huì)停止當(dāng)前操作，自動(dòng)進(jìn)入U(xiǎn)ART中斷程序，在UART中斷服務(wù)程序中將RDR內(nèi)的數(shù)據(jù)取走存到接收緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)單元，之后返回。在RXNE=0期間，CPU無(wú)需等待，可進(jìn)行自己的事務(wù)處理。采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收使用的庫(kù)函數(shù)是HAL_UART_Transmit_IT（）和HAL_UART_Receive_IT（）。我們先看一下如何利用它們實(shí)現(xiàn)本任務(wù)。最后再對(duì)這種方式加以總結(jié)。用庫(kù)函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)利用HAL_UART_Transmit_IT（）和HAL_UART_Receive_IT（）編程實(shí)現(xiàn)1、程序文件布局和框架搭建（1）復(fù)制文件夾：09-02-PC-UART-LED-transmit和receive。（2）修改副本文件夾名為：09-03-PC-UART-LED-transmit_IT和receive_IT，其他不變。（3）打開工程。2、PC機(jī)程序設(shè)計(jì)不編程。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試stm32主程序（1）將所有的HAL_UART_Transmit（）替換為HAL_UART_Transmit_IT（），即將原來(lái)的查詢方式發(fā)送改為中斷方式發(fā)送。（2）將所有的HAL_UART_Receive（）替換為HAL_UART_Receive_IT（），即將原來(lái)的查詢方式接收改為中斷方式接收。注意HAL_UART_Transmit_IT（）和HAL_UART_Receive_IT（）的參數(shù)只有3個(gè)，沒有超時(shí)時(shí)間。前三個(gè)參數(shù)分別指出用哪個(gè)UART，待發(fā)送/接收數(shù)據(jù)在哪里，長(zhǎng)度是多少。HAL_UART_Transmit_IT（）和HAL_UART_Receive（）函數(shù)的功能解釋如表9.3.5和9.3.6。每次發(fā)送后插入了100ms的延時(shí)，確保前一次發(fā)送結(jié)束再開始新的發(fā)送。（3）第7行：將變量RX_char定義為1個(gè)數(shù)組變量，長(zhǎng)度=1。定義為數(shù)組變量的好處是可存儲(chǔ)多個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，方便將來(lái)進(jìn)行程序功能的擴(kuò)展。當(dāng)然本程序只需1個(gè)字節(jié)，因此也可以不修改，仍像以前一樣將其定義為1個(gè)char型變量。（4）第33行：由于RX_char被定義為數(shù)組變量，數(shù)組的名字即代表了其首地址，因此庫(kù)函數(shù)HAL_UART_Receive_IT（）的第二個(gè)參數(shù)RX_char前面的地址操作符“&”可以不寫（5）第35行：對(duì)應(yīng)第7行的變化，應(yīng)修改為switch（RX_char[0]），對(duì)數(shù)組內(nèi)的第0個(gè)元素的值進(jìn)行判斷。如果寫成switch（RX_char），是對(duì)數(shù)組RX_char的地址進(jìn)行判斷，這顯然不對(duì)。程序設(shè)計(jì)與調(diào)試uart程序UART中斷庫(kù)函數(shù)解讀表9.3.5

UART發(fā)送中斷開啟庫(kù)函數(shù)中斷發(fā)送函數(shù)：

HAL_UART_Transmit_IT（&UART操作變量，&數(shù)據(jù)首地址，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDef

HAL_UART_Transmit_IT（UART_HandleTypeDef

*huart，，uint8_t

*pData，

uint16_t

Size）功能：按照huart的設(shè)置，開啟UART的TXE中斷。指出發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址pData，指出數(shù)據(jù)串長(zhǎng)度Size。入口參數(shù)1：huart，是UART操作變量，數(shù)據(jù)類型為UART_HandleTypeDef，結(jié)構(gòu)體變量。指出用哪個(gè)USART/UART發(fā)送。入口參數(shù)2：pData，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址，指針變量。入口參數(shù)3：size，發(fā)送緩沖區(qū)長(zhǎng)度。返回值：HAL_StatusTypeDef，有四個(gè)取值：HAL_OK=0x00；

HAL_ERROR=0x01；

HAL_BUSY=0x02；

HAL_TIMEOUT=0x03表9.3.6

UART接收中斷開啟庫(kù)函數(shù)中斷接收函數(shù)：

HAL_UART_Receive_IT（&UART操作變量，&數(shù)據(jù)首地址，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)）函數(shù)原型：HAL_StatusTypeDef

HAL_UART_Receive_IT（UART_HandleTypeDef

*huart，，uint8_t

*pData，

uint16_t

Size）功能：按照huart的設(shè)置，開啟UART的RXNE中斷。指出接收數(shù)據(jù)的首地址pData，指出數(shù)據(jù)串長(zhǎng)度Size。入口參數(shù)1：huart，是UART操作變量，數(shù)據(jù)類型為UART_HandleTypeDef，結(jié)構(gòu)體變量。指出用哪個(gè)USART/UART接收。入口參數(shù)2：pData，接收數(shù)據(jù)緩