STM32H743-ARM例程6-RS422

实验平台

硬件：银杏科技GT7000双核心开发板-ARM-STM32H743XIH6，银杏科技iToolXE仿真器，银杏科技USB转485/232/422转换器
软件：最新版本STM32CubeH7固件库，STM32CubeMX v6.10.0，开发板环境MDK v5.35，串口工具putty

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。

RS422

  RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。

RS422特点

  RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）。RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。
  RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。

RS422接口

  RS422设备为全双工设备，相当于两路RS485。RS422收发器有两个控制引脚、4个信号引脚（TX+、TX-、RX+、RX-），其中TX+等价RS485的485A引脚，TX-等价RS485的485B引脚。如果RS422接口标识为A、B、Y、Z四个名称，则Y对应RS422的A,Z对应RS422的B，A对应RS422的Y，B对应RS422的Z。
  RS422收发器的两个控制引脚需要配合使用操作RS422的工作模式。
  RS422设备也支持点对点连接和点对多点连接，接线方式与RS485接口连接有所不同。示意图如下，第一张图为点对点连接，第二张图为点对多点连接：

RS422有关电气参数

RS232、RS422和RS485的区别

  RS-232是最常见的串口，是大部分兼容Windows的桌面计算机的一个标准组件。如今通过USB到RS-232转换器使用RS-232更为常见。RS-232只允许每根线使用一个发送器和接收器。RS-232也使用全双工双数方式。
RS-422（EIARS-422-AStandard）是传统Apple计算机的串口连接标准。该标准机制下的最高数据传输速度可达10Mb/s。RS-422使用两根线发送每个信号，以增加最大波特率和线缆长度。RS-422还指定用于多点通讯应用，一个发送器连接到最多10个接收器的总线并发送数据。
  RS-485是RS-422的扩展集，对这些能力进行了扩展。RS-485解决了RS-422处理多点通讯的限制，通过同一数据线通信时最多允许32个设备。RS-485总线上的任意从设备都可以与任意其他32个从设备进行通信，无需经由主设备。由于RS-422是RS-485的子集，因而所有RS-422设备可能受RS-485控制。
　　RS-485和RS-422都支持多点通讯能力，但RS-485可允许最多32个设备，而RS-422的限制为10个。对于这两种串行通讯协议，您都需要自己添加终端匹配电路。

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：

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，我们的计算机通过转接模块连接GT7000的RS-422，通过串口工具向RS-422发送数据并接收RS-422发来的数据。

原理图

配置CubeMX生成工程

在前面章节我们介绍了如何使用ST32CubeMX新建工程节我们只介绍UART7(RS232)部分配置，其他细节可以参考结合CubeMX新建HAL库MDK工程文章。
  我们打开STM32CubeMX软件，在左侧选项栏中找到UART7如下图所示
  

配置完成后我们打开生成的MDK工程文件。

实验程序

1. 主函数

int main(void)
{char buffer[UART_BUFFER_SIZE];MPU_Config();HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_UART7_Init();uart7.initialize(115200);  uart7.printf("Hello, I am GT7000!\r\n");uart7.printf("This is the RS422 test interface!\r\n");uart7.printf("You can send data in the receiving section to see whether correct!\r\n");LED_ON;while (1){if(uart7.receive_ok_flag == 1)		  //接收完成{uart7.receive_ok_flag = 0;memset(buffer,0,UART_BUFFER_SIZE);memcpy(buffer,uart7.receive_buffer,UART_BUFFER_SIZE);memset(uart7.receive_buffer,0,UART_BUFFER_SIZE);uart7.printf(buffer);			 //将接收数据发送出去}}
}

2. UART结构体定义

UART_HandleTypeDef huart7;

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 UART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 UART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 UART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

实验现象

通过串口工具向RS-422发送自定义数据，接收到来自RS-422的相同自定义数据。