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【星云 Orbit • STM32F4】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：

初始化：配置串口参数（波特率、数据位、停止位等）。
接收数据：通过中断或轮询方式接收数据。
判断数据尾：在接收到数据后，检查是否包含数据尾标志。
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：

启用AHB1时钟：确保USART1时钟被启用。
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

开始：程序启动。
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。
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。
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。
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）。
结束：程序结束。

8.3 状态转换图