RS485+DMA+空闲中断+HAL库收发数据

一、概念讲解

1.1 RS485       

        485（一般称作 RS485/EIA-485）是隶属于 OSI 模型物理层的电气特性规定为 2 线，半双工，多点通信的标准。它的电气特性和 RS-232 大不一样。用缆线两端的电压差值来表示传递信号。RS485 仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。它没有规定或推荐任何数据协议。

RS485 的特点包括：
        1） 接口电平低，不易损坏芯片。RS485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V 表示。接口信号电平比 RS232 降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。
        2） 传输速率高。10 米时，RS485 的数据最高传输速率可达 35Mbps，在 1200m 时，传输速度可达 100Kbps。
        3） 抗干扰能力强。RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。
        4） 传输距离远，支持节点多。RS485 总线最长可以传输 1200m 以上（速率≤100Kbps）一般最大支持 32 个节点，如果使用特制的 485 芯片，可以达到 128 个或者 256 个节点，最大的可以支持到 400 个节点。

1.2 RS485电气特性

        差分信号逻辑1（正）电压为+2~+6V，而逻辑0（负）电压为-2~-6V.接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

        SP3485 作为收发器，该芯片支持 3.3V 供电，最大传输速度可达10Mbps，支持多达 32 个节点，并且有输出短路保护。图中 A、B 总线接口，用于连接 485 总线。RO 是接收输出端，DI 是发送数据收入端，RE是接收使能信号（低电平有效），DE 是发送使能信号（高电平有效）。可以将RE和DE用同一个线连接，然后控制该脚的电平信号来确定是发送还是接收模式

1.3 RS485切换模式需要时间

因为RS485通信是采用半双工通信，有一个引脚作用是使能接收还是发送，但是MCU切换引脚电平需要一定的时间，在这段时间里面MCU的引脚是高阻态。

RS485芯片从接收模式切换到发送模式需要经过3.5us才有驱动能力输出

1.4 DMA介绍

（1）DMA是单片机集成在芯片内部的一个数据搬运工，它可以代替单片机对数据进行传输、存储，节约CPU资源。一般应用场景，ADC多通道采集，串口收发（频繁进入接收中断），SPI和IIC通信等

（2）STM32F2系列的DMA控制器最多有2个，每个控制器有8个数据流，每个数据流可以映射到不同的通道。例如，DMA2的数据流7可能用于某个特定外设，比如USART1的TX。（每个数据流同一时间只能服务一个外设。例如，若USART1_TX占用了DMA2_Stream7，则该流不可用于其他外设）

（3）DMA配置参数：

DMA请求源与通道选择：DMA1通道1

数据传输方向：外设 ↔ 存储器，存储器 ↔ 存储器

地址递增配置：外设地址递增和存储器地址递增（如果外设是ADC数据寄存器，关闭递增，如果存储器地址是接收数组，则开启递增）

数据宽度与对齐：外设/存储器数据宽度（串口一般是8位，ADC一般是16位）

传输模式：单次模式（串口接收）和循环模式（ADC采集数据）

（4）配置DMA发送必须要使能DMA中断，否则会出现发送一次成功后，后续串口始终处于“busy”状态（DMA传输完成后需通过中断通知CPU，否则无法判断数据是否发送完毕）

更详细的可以查看下面的博客

DMA伟大的数据搬运工_lpc1768定时器匹配触发dma-CSDN博客

二、配置过程

1、配置时钟，烧入方式，配置RS485的接收使能脚

2、配置串口，DMA

查看芯片参考手册

STMCU中文官网

3、串口收发缓存结构体

#define USART_TX_MAX_LEN 100
#define USART_RX_MAX_LEN 100
typedef struct
{unsigned char tx_buf[USART_TX_MAX_LEN]; unsigned char rx_buf[USART_RX_MAX_LEN];unsigned char rx_flag;unsigned char rx_len;
}usart_data_t;extern usart_data_t stUsart1Data;

 4、 串口初始化代码加入  开启IDLE中断、开始DMA接收

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); //使能IDLE中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,stUsart1Data.rx_buf,USART_RX_MAX_LEN);

5、串口中断函数中加入 接收数据代码

void USART1_IRQHandler(void)
{/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 *//* USER CODE END USART1_IRQn 0 */HAL_UART_IRQHandler(&huart1);/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) != RESET))  {__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位HAL_UART_AbortReceive(&huart1);	//已经接收完一帧数据,所以这里要停止接收,然后再重新接收	uint32_t   temp =  __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);// 获取DMA中未传输的数据个数 ，stUsart1Data.rx_len =  USART_RX_MAX_LEN - temp; //总计数减去未传输的数据个数，得到已经接收的数据个数stUsart1Data.rx_flag = 1;	// 接受完成标志位置1	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,stUsart1Data.rx_buf,USART_RX_MAX_LEN);	//开始DMA接收}/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

6、配置串口printf打印函数

void Usart1Printf(const char *format,...)
{uint16_t len;va_list args;	va_start(args,format);len = vsnprintf((char*)stUsart1Data.tx_buf,sizeof(stUsart1Data.tx_buf)+1,(char*)format,args);va_end(args);if(HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, stUsart1Data.tx_buf, len)!= HAL_OK)   //判断是否发送正常，如果出现异常则进入异常中断函数{Error_Handler();}}

7、RS485通信加入使能发送和接收

/* USER CODE BEGIN 1 */
void USART1_RS485_Send_Enable(void)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
}void USART1_RS485_Receive_Enable(void)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
}

8、测试代码

USART1_RS485_Receive_Enable(); //默认为接收使能while (1){/* USER CODE END WHILE */if(stUsart1Data.rx_flag  == 1)  //接收完成标志{USART1_RS485_Send_Enable();Usart1Printf("%s\r\n",stUsart1Data.rx_buf);HAL_Delay(100);//等待串口DMA发送完成，如果不加入此行代码，会出现发送失败，因为还没有发送完就切换成接收模式，导致不能发送数据 USART1_RS485_Receive_Enable();stUsart1Data.rx_len = 0;//清除计数stUsart1Data.rx_flag = 0;//清除接收结束标志位memset(stUsart1Data.rx_buf,0,USART_RX_MAX_LEN);}}

9、测试结果

三、优化RS485发送

当发送数据后，我们会等待发送完成后在开启串口接收,一般要么是延时一定时间，要么就是判断发送完成标志位，如果没有这个过程，会造成发送数据不完全，因此资源遭到了一定的浪费

优化思路：等待触发串口发送完成中断后，使能串口接收中断

void USART1_IRQHandler(void)
{HAL_UART_IRQHandler(&huart1);if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) != RESET))  {__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位HAL_UART_AbortReceive(&huart1);	//已经接收完一帧数据,所以这里要停止接收,然后再重新接收	uint32_t   temp =  __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);// 获取DMA中未传输的数据个数 ，stUsart1Data.rx_len =  USART_RX_MAX_LEN - temp; //总计数减去未传输的数据个数，得到已经接收的数据个数stUsart1Data.rx_flag = 1;	// 接受完成标志位置1	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,stUsart1Data.rx_buf,USART_RX_MAX_LEN);	//开始DMA接收}if(hdma_usart1_tx.State==HAL_DMA_STATE_READY){USART1_RS485_Receive_Enable();//传输完成，在此开启下一次传输}
}USART1_RS485_Receive_Enable();while (1){/* USER CODE END WHILE */if(stUsart1Data.rx_flag  == 1)  //接收完成标志{USART1_RS485_Send_Enable();Usart1Printf("%s\r\n",stUsart1Data.rx_buf);
//		HAL_Delay(100);//等待串口DMA发送完成 
//		USART1_RS485_Receive_Enable();stUsart1Data.rx_len = 0;//清除计数stUsart1Data.rx_flag = 0;//清除接收结束标志位memset(stUsart1Data.rx_buf,0,USART_RX_MAX_LEN);}}

四、调试问题记录

第一步：控制串口调试助手和单片机的波特率相同，可以正常接收数据

第二步：控制串口调试助手和单片机的波特率不同，单片机接收数据不正确，乱码，但此时还是正常现象

第三步：控制串口调试助手切换正确波特率后，单片机接收数据还是不正确，并且DMA状态会变为HAL_DMA_STATE_ABORT，此时说明DMA配置存在Bug

上述问题根本原因是 波特率不匹配导致DMA传输超时或硬件错误，进而触发DMA中止，但切换回正确波特率后DMA未正确恢复

解决办法一：当DMA状态变为 HAL_DMA_STATE_ABORT 时，需重新初始化DMA

//重新初始化串口if (hdma_usart1_rx.State == HAL_DMA_STATE_ABORT){MX_USART1_UART_Init();LOG("DMA Abort\r\n");}

解决办法二：（玄学解决）

hdma_usart1_rx.Instance = DMA2_Stream2;
//DMA2_Stream5改为DMA2_Stream2