寫在前面：

本文章為《ARM Cortex-M4裸機開發(fā)篇》系列中的一篇，，全系列總計14篇。筆者使用的開發(fā)平臺為華清遠見FS-MP1A開發(fā)板（STM32MP157開發(fā)板），Cortex-M4裸機開發(fā)篇除了講M4裸機開發(fā)外，還會講解通過M4控制資源擴展板上的各種傳感器執(zhí)行器模塊（包括空氣溫濕度傳感器、LED燈、數(shù)碼管、蜂鳴器、震動馬達、按鍵中斷、風扇等），本篇是M4控制資源擴展板中的一篇。

資源擴展板是FS-MP1A開發(fā)板的擴展模塊，主要包含了10余種助主流傳感器、執(zhí)行器件、總線控制器件，非常方便項目擴展用?？赏卣归_發(fā)智慧家庭、智能醫(yī)療、智能安防、工業(yè)控制、圖像識別、環(huán)境檢測等方向的10個左右綜合項目，華清遠見開發(fā)板也將配套提供所有項目的說明文檔、實驗源碼、應用程序等資料。

針對FS-MP1A開發(fā)板，除了Cortex-M4裸機開發(fā)篇外，還包括其他多系列教程，包括Cortex-A7開發(fā)篇、FreeRTOS篇、Linux基礎及應用開發(fā)篇、Linux系統(tǒng)移植篇、Linux驅(qū)動開發(fā)篇、硬件設計篇、人工智能機器視覺篇、Qt應用編程篇、Qt綜合項目實戰(zhàn)篇等。22457259672

資源擴展板介紹

硬件介紹&資源擴展板可開發(fā)項目

Cortex-M4 串行通訊接口

實驗目的

熟悉STM32CubeIDE工具軟件的使用。

掌握STM32CubeIDE軟件的基本設計流程和設計步驟，能夠使用工具進行設計、編程、仿真調(diào)試。

學習UART串口的使用方法，掌握如何利用STM32MP157A芯片的串口輸入輸出。

實驗環(huán)境

FS-MP1A開發(fā)平臺

ST-Link仿真器

STM32CubeIDE開發(fā)軟件

PC機 XP、Window7/10 (32/64bit)

串口調(diào)試工具

實驗原理

串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線Universal Serial Bus 或者USB 混淆）。大多數(shù)計算機包含兩個基于RS232 的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協(xié)議；很多GPIB(通用接口總線)兼容的設備也帶有RS-232 口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠程采集設備的數(shù)據(jù)。

串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。

對于兩個進行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：

波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設備的通信。

數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標準ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術語“包”指任何通信的情況。

停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1 ，1.5和2位。這里的1.5位的數(shù)據(jù)寬度，就是1.5個波特率，由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。

奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1 ，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步.

硬件流控制: 硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/ R（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設置就緒）流控制。硬件流控制必須將相應的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時，應將通訊兩端的RTS、CTS線對應相連，數(shù)據(jù)終端設備（如計算機）使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來起動和暫停來自計算機的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過程為：我們在編程時根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設置一個高位標志（可為緩沖區(qū)大小的75％）和一個低位標志（可為緩沖區(qū)大小的25％），當緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量達到高位時，我們在接收端將CTS線置低電平（送邏輯0），當發(fā)送端的程序檢測到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而將CTS置高電平。RTS則用來標明接收設備有沒有準備好接收數(shù)據(jù)。

常用的流控制還有還有DTR/ R（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設置就緒）。我們在此不再詳述。

STM32串口設置一般可以總結(jié)為如下幾個步驟：

1. 串口時鐘使能，GPIO時鐘使能
2. 設置引腳復用映射
3. GPIO初始化設置,模式為復用功能
4. 串口參數(shù)初始化：設置波特率，字長，奇偶校驗等參數(shù)
5. 開啟中斷并初始化NVIC，使能中斷（如果需要開啟中斷才需要這個步驟）
6. 使能串口
7. 編寫中斷處理函數(shù)

串口硬件原理圖：

HAL庫函數(shù)解析：

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

HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

這兩個函數(shù)是輪詢方式發(fā)送和接收

HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

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

這兩個函數(shù)是以中斷方式發(fā)送和接收。具體傳參詳見工程。

注意：這兩個函數(shù)里為指定緩沖區(qū)和大小并開啟中斷。實際上數(shù)據(jù)還在中斷里處理

HAL庫提供了用戶中斷處理函數(shù)方式，是調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

接收中斷在用戶代碼里重定義void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

發(fā)送中斷在用戶代碼里重定義void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

實驗步驟

打開STM32CubeIDE->File->New->STM32 Project

可以在左側(cè)搜索框內(nèi)輸入芯片型號STM32MP157A進行搜索，選擇對應芯片，點擊Next

填寫工程名，點擊Finsh

點擊Yes打開配置頁面

配置UART4，勾選Cortex-M4，Mode選擇Asynchronous，NVIC Settings 勾選Enabled使能串口中斷，搜索框搜索PB2、PG11，分別配置為UART4_RX、UART4_TX

在Code Generator處選擇為每個外設生成單獨的C和H文件，這樣設置方便閱讀代碼

完成以上設置后，Ctrl+S保存，會提示是否需要生成代碼，選擇Yes即可自動生成代碼。系統(tǒng)會自動生成System Clock代碼

可以在左側(cè)工程文件夾找到UART_CM4子工程,打開main.c

添加串口中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_RxCpltCallback

12345

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ HAL_UART_Transmit(&huart4, Buff, 5, 100);}

在主函數(shù)中調(diào)用串口中斷接收函數(shù) HAL_UART_Receive_IT(&huart4, Buff, 5);

上述為新建工程配置過程，可參考12.3.2章節(jié)進行導入已有工程，工程存放路徑【華清遠見-FS-MP1A開發(fā)資料\02-程序源碼\ARM體系結(jié)構(gòu)與接口技術\Cortex-M4\4_UART】

配置完成或?qū)牍こ毯筮M行程序下載，具體步驟參考12.3.3節(jié)進行開發(fā)板連接，程序編譯、下載

實驗現(xiàn)象

連接串口線，打開串口調(diào)試助手，選擇串口號，波特率115200，打開串口，發(fā)送5個字符，可以看到也成功接收到發(fā)送的字符

硬件平臺：華清遠見FS-MP1A開發(fā)板（STM32MP157）

部分開發(fā)教程下載：加QQ群寫在前面：

本文章為《ARM Cortex-M4裸機開發(fā)篇》系列中的一篇，，全系列總計14篇。筆者使用的開發(fā)平臺為華清遠見FS-MP1A開發(fā)板（STM32MP157開發(fā)板），Cortex-M4裸機開發(fā)篇除了講M4裸機開發(fā)外，還會講解通過M4控制資源擴展板上的各種傳感器執(zhí)行器模塊（包括空氣溫濕度傳感器、LED燈、數(shù)碼管、蜂鳴器、震動馬達、按鍵中斷、風扇等），本篇是M4控制資源擴展板中的一篇。

資源擴展板是FS-MP1A開發(fā)板的擴展模塊，主要包含了10余種助主流傳感器、執(zhí)行器件、總線控制器件，非常方便項目擴展用?？赏卣归_發(fā)智慧家庭、智能醫(yī)療、智能安防、工業(yè)控制、圖像識別、環(huán)境檢測等方向的10個左右綜合項目，華清遠見開發(fā)板也將配套提供所有項目的說明文檔、實驗源碼、應用程序等資料。

針對FS-MP1A開發(fā)板，除了Cortex-M4裸機開發(fā)篇外，還包括其他多系列教程，包括Cortex-A7開發(fā)篇、FreeRTOS篇、Linux基礎及應用開發(fā)篇、Linux系統(tǒng)移植篇、Linux驅(qū)動開發(fā)篇、硬件設計篇、人工智能機器視覺篇、Qt應用編程篇、Qt綜合項目實戰(zhàn)篇等。622457259672

資源擴展板介紹

硬件介紹&資源擴展板可開發(fā)項目

Cortex-M4 串行通訊接口

實驗目的

熟悉STM32CubeIDE工具軟件的使用。

掌握STM32CubeIDE軟件的基本設計流程和設計步驟，能夠使用工具進行設計、編程、仿真調(diào)試。

學習UART串口的使用方法，掌握如何利用STM32MP157A芯片的串口輸入輸出。

實驗環(huán)境

FS-MP1A開發(fā)平臺

ST-Link仿真器

STM32CubeIDE開發(fā)軟件

PC機 XP、Window7/10 (32/64bit)

串口調(diào)試工具

實驗原理

串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線Universal Serial Bus 或者USB 混淆）。大多數(shù)計算機包含兩個基于RS232 的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協(xié)議；很多GPIB(通用接口總線)兼容的設備也帶有RS-232 口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠程采集設備的數(shù)據(jù)。

串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。

對于兩個進行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：

波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設備的通信。

數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標準ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術語“包”指任何通信的情況。

停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1 ，1.5和2位。這里的1.5位的數(shù)據(jù)寬度，就是1.5個波特率，由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。

奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1 ，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步.

硬件流控制: 硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/ R（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設置就緒）流控制。硬件流控制必須將相應的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時，應將通訊兩端的RTS、CTS線對應相連，數(shù)據(jù)終端設備（如計算機）使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來起動和暫停來自計算機的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過程為：我們在編程時根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設置一個高位標志（可為緩沖區(qū)大小的75％）和一個低位標志（可為緩沖區(qū)大小的25％），當緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量達到高位時，我們在接收端將CTS線置低電平（送邏輯0），當發(fā)送端的程序檢測到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而將CTS置高電平。RTS則用來標明接收設備有沒有準備好接收數(shù)據(jù)。

常用的流控制還有還有DTR/ R（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設置就緒）。我們在此不再詳述。

STM32串口設置一般可以總結(jié)為如下幾個步驟：

1. 串口時鐘使能，GPIO時鐘使能
2. 設置引腳復用映射
3. GPIO初始化設置,模式為復用功能
4. 串口參數(shù)初始化：設置波特率，字長，奇偶校驗等參數(shù)
5. 開啟中斷并初始化NVIC，使能中斷（如果需要開啟中斷才需要這個步驟）
6. 使能串口
7. 編寫中斷處理函數(shù)

串口硬件原理圖：

HAL庫函數(shù)解析：

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

HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

這兩個函數(shù)是輪詢方式發(fā)送和接收

HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

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

這兩個函數(shù)是以中斷方式發(fā)送和接收。具體傳參詳見工程。

注意：這兩個函數(shù)里為指定緩沖區(qū)和大小并開啟中斷。實際上數(shù)據(jù)還在中斷里處理

HAL庫提供了用戶中斷處理函數(shù)方式，是調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

接收中斷在用戶代碼里重定義void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

發(fā)送中斷在用戶代碼里重定義void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

實驗步驟

打開STM32CubeIDE->File->New->STM32 Project

可以在左側(cè)搜索框內(nèi)輸入芯片型號STM32MP157A進行搜索，選擇對應芯片，點擊Next

填寫工程名，點擊Finsh

點擊Yes打開配置頁面

配置UART4，勾選Cortex-M4，Mode選擇Asynchronous，NVIC Settings 勾選Enabled使能串口中斷，搜索框搜索PB2、PG11，分別配置為UART4_RX、UART4_TX

在Code Generator處選擇為每個外設生成單獨的C和H文件，這樣設置方便閱讀代碼

完成以上設置后，Ctrl+S保存，會提示是否需要生成代碼，選擇Yes即可自動生成代碼。系統(tǒng)會自動生成System Clock代碼

可以在左側(cè)工程文件夾找到UART_CM4子工程,打開main.c

添加串口中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_RxCpltCallback

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void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ HAL_UART_Transmit(&huart4, Buff, 5, 100);}

在主函數(shù)中調(diào)用串口中斷接收函數(shù) HAL_UART_Receive_IT(&huart4, Buff, 5);

上述為新建工程配置過程，可參考12.3.2章節(jié)進行導入已有工程，工程存放路徑【華清遠見-FS-MP1A開發(fā)資料\02-程序源碼\ARM體系結(jié)構(gòu)與接口技術\Cortex-M4\4_UART】

配置完成或?qū)牍こ毯筮M行程序下載，具體步驟參考12.3.3節(jié)進行開發(fā)板連接，程序編譯、下載

實驗現(xiàn)象

連接串口線，打開串口調(diào)試助手，選擇串口號，波特率115200，打開串口，發(fā)送5個字符，可以看到也成功接收到發(fā)送的字符