R60ABD1 串口通信实现

R60ABD1 串口通信实现

引言

在嵌入式开发中，串口通信是一种常见的通信方式，广泛应用于传感器数据采集、设备间通信等场景。本文将详细介绍基于 CH32V30x 微控制器的 R60ABD1 模块的串口通信实现，包括初始化、数据发送与接收、以及数据包处理等功能。适合有一定基础的经验者学习。

本文基于以下代码实现，包含 R60ABD1.c 和 R60ABD1.h 两个文件，代码实现了一个完整的串口通信功能，支持数据包的发送与接收，并结合人机交互界面（HMI）和 MQTT 协议进行数据处理。

代码功能概述

R60ABD1.c 和 R60ABD1.h 实现了一个基于 USART2 的串口通信模块，主要功能包括：

1. 串口初始化：配置 CH32V30x 的 USART2，包括波特率、GPIO 引脚、中断等。
2. 数据发送：支持单字节、数组、字符串、数字以及格式化字符串的发送。
3. 数据包处理：实现数据包的发送与接收，包含包头、数据和包尾的处理。
4. 数据解析与应用：接收数据包后，根据特定协议解析数据并通过 HMI 显示或通过 MQTT 协议发送。

代码解析

1. 头文件与全局变量

在 R60ABD1.h 中，定义了必要的函数声明和全局变量：

• 全局变量：

  • Serial_TxPacket[4]：用于存储发送数据包，格式为 FF 01 02 03 04 FE。
  • Serial_RxPacket[6]：用于存储接收数据包。
  • Serial_RxFlag：接收数据包的标志位，接收到完整数据包后置 1。
  • setnum[5] 和 getnum[3]：分别用于存储设定值和接收到的数据（如呼吸、心率、体动）。

• 函数声明：

  • 串口初始化、发送字节、发送数组、发送字符串、发送数字、格式化输出、发送数据包、获取接收标志位等。

#ifndef __R60ABD1_H
#define __R60ABD1_H
#include <stdio.h>
#include "ch32v30x.h"
extern uint8_t Serial_TxPacket[];
extern uint8_t Serial_RxPacket[];
void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);
void Serial_SendPacket(void);
uint8_t Serial_GetRxFlag(void);
void R60ABD1_Detect(void);
#endif

2. 串口初始化

Serial_Init 函数负责初始化 USART2，配置包括：

• 时钟使能：启用 USART2 和 GPIOA 的时钟。
• GPIO 配置：
  • PA2 配置为复用推挽输出，用于发送（TX）。
  • PA3 配置为上拉输入，用于接收（RX）。
• USART 参数：
  • 波特率：115200。
  • 数据位：8 位。
  • 停止位：1 位。
  • 无奇偶校验，无硬件流控制。
• 中断配置：启用接收中断（RXNE），设置 NVIC 优先级为组 2，抢占优先级和响应优先级分别为 2。

void Serial_Init(void)
{RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}

3. 数据发送功能

代码提供了多种发送函数，满足不同场景的需求：

• 发送单字节 (Serial_SendByte)：将单个字节写入 USART 数据寄存器，等待发送完成。
• 发送数组 (Serial_SendArray)：遍历数组，逐字节发送。
• 发送字符串 (Serial_SendString)：遍历字符串直到遇到 \0，逐字节发送。
• 发送数字 (Serial_SendNumber)：将数字按位转换为字符并发送，支持指定长度。
• 格式化输出 (Serial_Printf)：通过重定向 fputc 和使用 vsprintf，实现类似 printf 的功能。

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART2, Byte);while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}void Serial_Printf(char *format, ...)
{char String[100];va_list arg;va_start(arg, format);vsprintf(String, format, arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);
}

4. 数据包发送

Serial_SendPacket 函数用于发送固定格式的数据包，包头为 0xFF，数据部分为 Serial_TxPacket 数组（4 字节），包尾为 0xFE。

void Serial_SendPacket(void)
{Serial_SendByte(0xFF);Serial_SendArray(Serial_TxPacket, 4);Serial_SendByte(0xFE);
}

5. 数据接收与状态机

USART2_IRQHandler 中断函数使用状态机处理接收到的数据包，分为三个状态：

• 状态 0：等待包头（0x53 或 0x59）。
• 状态 1：接收数据部分，存入 Serial_RxPacket，接收 6 个字节后进入状态 2。
• 状态 2：验证包尾（0x54 或 0x43），若正确，设置 Serial_RxFlag 为 1。

void USART2_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));
void USART2_IRQHandler(void)
{static uint8_t RxState = 0;static uint8_t pRxPacket = 0;if (USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) == SET){uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART2);if (RxState == 0){if (RxData == 0x53) { pRxPacket = 0; }else if (RxData == 0x59) { RxState = 1; pRxPacket = 0; }}else if (RxState == 1){Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;pRxPacket++;if (pRxPacket >= 6) { RxState = 2; }}else if (RxState == 2){if (RxData == 0x54) {}if (RxData == 0x43){RxState = 0;Serial_RxFlag = 1;}}USART_ClearITPendingBit(USART2, USART_IT_RXNE);}
}

6. 数据处理与应用

R60ABD1_Detect 函数处理接收到的数据包，根据协议解析并更新 getnum 数组（存储呼吸、心率、体动数据），通过 HMI_send_int 显示在人机界面，并通过 SendMQTT 发送到 MQTT 服务器。

void R60ABD1_Detect(void)
{if (Serial_GetRxFlag() == 1){if (Serial_RxPacket[0] == 0x81 && Serial_RxPacket[1] == 0x02){getnum[0] = Serial_RxPacket[4];HMI_send_int("breath.val", getnum[0]);SendMQTT("breath", &getnum[0], 0, 0);}else if (Serial_RxPacket[0] == 0x85 && Serial_RxPacket[1] == 0x02){getnum[1] = Serial_RxPacket[4];HMI_send_int("head.val", getnum[1]);SendMQTT("head", &getnum[1], 0, 0);}else if (Serial_RxPacket[0] == 0x80 && Serial_RxPacket[1] == 0x03){getnum[2] = Serial_RxPacket[4];HMI_send_int("activity.val", getnum[2]);SendMQTT("activity", &getnum[2], 0, 0);}}
}

使用说明

1. 硬件连接：

   • 确保 CH32V30x 微控制器的 PA2（TX）和 PA3（RX）引脚正确连接到 R60ABD1 模块的串口。
   • 根据需要连接蜂鸣器（Buzzer）、HMI 屏幕和 ESP8266 模块（用于 MQTT）。

2. 代码部署：

   • 将 R60ABD1.c 和 R60ABD1.h 集成到项目中。
   • 确保包含必要的库文件（如 ch32v30x.h、buzzer.h、esp8266.h、hmi.h）。
   • 在主函数中调用 Serial_Init() 初始化串口，周期性调用 R60ABD1_Detect() 处理数据。

3. 数据协议：

   • 发送数据包格式：FF [4字节数据] FE。
   • 接收数据包格式：53/59 [6字节数据] 54/43。
   • 根据 Serial_RxPacket[0] 和 Serial_RxPacket[1] 判断数据类型（如 0x81 表示呼吸数据）。

注意事项

• 中断函数名称：USART2_IRQHandler 必须与启动文件中定义一致，否则中断无法触发。
• 数据包验证：确保接收到的包头和包尾正确，避免数据解析错误。
• 资源占用：串口通信会占用一定 CPU 资源，需合理配置中断优先级。