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【星云 Orbit-F4 开发板】07. 用判断数据尾来接收据的串口通用程序框架

news 来源：原创 2025/5/26 5:04:43

【星云 Orbit-F4 开发板】用判断数据尾来接收一串数据的串口通用程序框架

摘要

本文介绍了一种基于STM32F407微控制器的串口数据接收通用程序框架。该框架通过判断数据尾来实现一串数据的完整接收，适用于需要可靠数据传输的应用场景。本文从零开始，详细讲解了STM32F407串口基础知识、配置步骤、HAL库函数详解，并提供了完整的代码示例和注释。目标读者为嵌入式开发小白，内容通俗易懂，适合快速上手。

1. 引言

在嵌入式开发中，串口通信是一种常用的通信方式。本文旨在解决一个常见问题：如何通过STM32F407的串口接收一串数据，并通过判断数据尾来确保数据的完整性。

本文将从零开始，逐步讲解以下内容：

  • 基础知识：STM32F407串口的基本概念和工作机制。
  • 配置步骤：如何手动配置STM32F407的串口（不使用STM32CubeMX）。
  • HAL库函数详解：如何使用STM32 HAL库实现串口接收功能。
  • 代码实现：提供完整的代码框架和注释。
  • 使用示例：通过实际案例展示如何使用该框架。

2. 基础知识

2.1 STM32F407的串口

STM32F407芯片集成了多个USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）模块，支持同步和异步通信模式。本文将使用USART1模块。

2.2 数据尾判断

在串口通信中，数据通常以帧的形式传输。为了确保数据的完整性，我们需要通过特定的标志（数据尾）来判断一帧数据是否传输完成。例如，可以使用固定的字节序列（如 0xEB 0x00 0x55）作为数据尾。

2.3 数据接收流程

数据接收流程如下：

  1. 初始化：配置串口参数（波特率、数据位、停止位等）。
  2. 接收数据：通过中断或轮询方式接收数据。
  3. 判断数据尾：在接收到数据后，检查是否包含数据尾标志。
  4. 处理数据：如果检测到数据尾，提取有效数据并进行后续处理。

3. 配置步骤

3.1 时钟配置

在使用串口之前，需要配置时钟系统。以下是关键配置步骤：

  1. 启用AHB1时钟：确保USART1时钟被启用。
  2. 配置系统时钟：设置系统时钟频率（本文假设为110.592 MHz）。
// 配置时钟
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;  // 启用GPIOA时钟
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN; // 启用USART1时钟

3.2 GPIO配置

配置GPIO引脚用于串口通信。本文使用PA9（TX）和PA10（RX）。

// 配置GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStructure.Alternate = GPIO_AF7_USART1;

HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

3.3 USART配置

配置USART参数，包括波特率、数据位、停止位和校验位。

// 配置USART
UART_HandleTypeDef huart1;

huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 9600;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_RX | UART_MODE_TX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;

HAL_UART_Init(&huart1);

3.4 中断配置

启用USART接收中断。

// 配置中断
 NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

4. HAL库函数详解

4.1 HAL_UART_Init

初始化USART模块。

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart, UART_InitTypeDef *pInitStruct)

4.2 HAL_UART_Transmit

发送数据。

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

4.3 HAL_UART_Receive_IT

启用接收中断。

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

4.4 USART1_IRQHandler

USART中断服务函数。

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET)
    {
        // 处理接收数据
    }
}

5. 代码实现

5.1 初始化函数

void SystemClock_Config(void)
{
    // 配置系统时钟
}

void MX_USART1_UART_Init(void)
{
    // 配置USART1
}

void MX_GPIO_Init(void)
{
    // 配置GPIO
}

5.2 数据接收函数

void USART1_IRQHandler(void)
{
    static uint8_t rxBuffer[RC_BUFFER_SIZE] = {0};
    static uint16_t rxIndex = 0;

    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET)
    {
        rxBuffer[rxIndex++] = HAL_UART_Read_RX(&huart1);
        if (rxIndex >= RC_BUFFER_SIZE)
        {
            // 数据尾判断
            if (CheckDataTail(rxBuffer, rxIndex))
            {
                // 处理数据
                ProcessData(rxBuffer, rxIndex);
                rxIndex = 0;
            }
        }
    }
}

5.3 数据处理函数

bool CheckDataTail(uint8_t *data, uint16_t length)
{
    // 检查数据尾
}

void ProcessData(uint8_t *data, uint16_t length)
{
    // 处理数据
}

6. 使用示例

6.1 初始化

int main(void)
{
    // 初始化
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    // 启用接收中断
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, RC_BUFFER_SIZE);

    while (1)
    {
        // 主循环
    }
}

6.2 数据接收

void USART1_IRQHandler(void)
{
    // 中断处理
}

7. 总结

本文提供了一种基于STM32F407的串口数据接收通用程序框架。通过判断数据尾，确保了数据的完整性。本文从零开始，详细讲解了配置步骤和代码实现，适合嵌入式开发小白快速上手。

8. 附录

8.1 完整代码

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define RC_BUFFER_SIZE 100  // 接收缓冲区大小
#define DATA_TAIL_SIZE 3    // 数据尾长度

uint8_t rxBuffer[RC_BUFFER_SIZE] = {0};
uint16_t rxIndex = 0;

UART_HandleTypeDef huart1;

void SystemClock_Config(void)
{
    // 配置系统时钟
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 25;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV4;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;

    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        // 配置错误
        while (1);
    }

    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
    {
        // 配置错误
        while (1);
    }
}

void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStructure.Alternate = GPIO_AF7_USART1;

    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

void MX_USART1_UART_Init(void)
{
    huart1.Instance = USART1;
    huart1.Init.BaudRate = 9600;
    huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart1.Init.Mode = UART_MODE_RX | UART_MODE_TX;
    huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;

    if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
    {
        // 配置错误
        while (1);
    }

    // 启用接收中断
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, RC_BUFFER_SIZE);
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET)
    {
        rxBuffer[rxIndex++] = HAL_UART_Read_RX(&huart1);
        if (rxIndex >= RC_BUFFER_SIZE)
        {
            if (CheckDataTail(rxBuffer, rxIndex))
            {
                ProcessData(rxBuffer, rxIndex);
                rxIndex = 0;
            }
        }
    }
}

bool CheckDataTail(uint8_t *data, uint16_t length)
{
    if (length < DATA_TAIL_SIZE)
    {
        return false;
    }

    // 检查数据尾
    if (data[length - 3] == 0xEB && data[length - 2] == 0x00 && data[length - 1] == 0x55)
    {
        return true;
    }

    return false;
}

void ProcessData(uint8_t *data, uint16_t length)
{
    // 处理数据
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    while (1)
    {
        // 主循环
    }
}

8.2 思维导图

以下是基于STM32F407的串口数据接收程序框架的思维导图：

在这里插入图片描述

流程图说明

  1. 开始：程序启动。

  2. 系统初始化：配置STM32F407的硬件和外设。
    • 配置时钟：配置系统时钟，确保外设时钟正确。
    • 配置GPIO：配置与USART相关的GPIO引脚（如TX和RX引脚）。
    • 配置USART：初始化USART外设，设置波特率、数据位、停止位和校验位。
  3. 数据接收：启用USART的接收中断，等待数据接收。
    • 启用接收中断：配置USART的中断，使能接收中断。
    • 中断服务函数：当接收到数据时，进入中断服务函数，读取接收到的数据。
  4. 数据处理：对接收到的数据进行处理。
    • 检查数据尾：检查数据是否完整，确认数据尾。
    • 处理数据：对接收到的数据进行解析或存储。
  5. 主循环：程序进入主循环，执行轮询任务。
    • 执行轮询任务：在主循环中，执行一些周期性任务（如状态监控、按键扫描等）。

  6. 结束：程序结束。

8.3 状态转换图

在这里插入图片描述

  1. 初始化：程序开始，进入初始化状态。
  2. 配置时钟：配置系统时钟，确保外设时钟正确。
  3. 配置GPIO：配置与USART相关的GPIO引脚（如TX和RX引脚）。
  4. 配置USART：初始化USART外设，设置波特率、数据位、停止位和校验位。
  5. 启用接收中断：配置USART的中断，使能接收中断。
  6. 接收数据：等待数据接收。
  7. 接收中断：当接收到数据时，触发中断服务函数。
  8. 读取数据：在中断服务函数中，读取接收到的数据。
  9. 检查数据尾：检查数据尾是否存在，以确定数据是否完整。
  10. 数据尾存在：如果检测到数据尾，处理数据。
  11. 处理数据：对接收到的数据进行解析或存储。
  12. 重置接收索引：在数据处理完成后，重置接收索引，准备接收新的数据。
  13. 数据尾不存在：如果未检测到数据尾，继续接收数据。
  14. 主循环：程序进入主循环，执行轮询任务。
  15. 执行轮询任务：在主循环中，执行一些周期性任务（如状态监控、按键扫描等）。
  16. 结束：程序结束。

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