STM32通過(guò)軟件模擬串口通信詳解
引言
在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，串口通信（UART/USART）是一種廣泛應(yīng)用的通信方式，尤其在微控制器（MCU）領(lǐng)域。STM32系列MCU以其高性能、低功耗和豐富的外設(shè)資源，成為許多嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的首選。在某些情況下，硬件串口資源可能有限，或者需要特定的串口配置，這時(shí)軟件模擬串口通信就顯得尤為重要。本文將詳細(xì)介紹如何在STM32上通過(guò)軟件模擬實(shí)現(xiàn)串口通信。
基本概念
在深入探討之前，我們先了解一些基本概念。
UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）：通用異步收發(fā)傳輸器，是一種簡(jiǎn)單的串行通信協(xié)議，支持單端信號(hào)。
USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver-Transmitter）：通用同步異步收發(fā)傳輸器，支持同步和異步通信，可以使用差分信號(hào)提高抗干擾能力。
波特率：每秒傳輸?shù)奈粩?shù)，常見(jiàn)的波特率有9600、115200等。
數(shù)據(jù)位：每個(gè)字符的位數(shù)，通常為8位。
停止位：表示一個(gè)字符結(jié)束的位數(shù)，通常為1位。
校驗(yàn)位：用于檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤，可以是偶校驗(yàn)、奇校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)。
TX（傳輸）：發(fā)送數(shù)據(jù)的引腳。
RX（接收）：接收數(shù)據(jù)的引腳。
GND（地線）：接地線。
STM32軟件模擬串口通信的原理
STM32通過(guò)軟件模擬串口通信，主要是利用定時(shí)器和IO口來(lái)實(shí)現(xiàn)。UART通信的幀格式包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位，通過(guò)精確控制這些位的發(fā)送和接收，可以模擬出UART通信的效果。
發(fā)送數(shù)據(jù)：
發(fā)送一個(gè)字符時(shí)，首先通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)起始位的低電平信號(hào)。
然后，按照波特率逐位發(fā)送數(shù)據(jù)位，低位在前，高位在后。
接著發(fā)送校驗(yàn)位（如果配置有的話）。
最后發(fā)送停止位，通常是一個(gè)高電平信號(hào)。
接收數(shù)據(jù)：
接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過(guò)外部中斷檢測(cè)起始位的下降沿，觸發(fā)接收過(guò)程。
定時(shí)器按照設(shè)定的波特率定時(shí)采樣數(shù)據(jù)位。
接收完所有數(shù)據(jù)位后，根據(jù)配置決定是否校驗(yàn)。
最后接收停止位，確認(rèn)字符結(jié)束。
具體實(shí)現(xiàn)
以下是一個(gè)基于STM32的軟件模擬串口通信的具體實(shí)現(xiàn)示例。
硬件連接
TXD（發(fā)送）：連接到一個(gè)可用的GPIO引腳，例如PC13。
RXD（接收）：連接到一個(gè)帶外部中斷功能的GPIO引腳，例如PB14。
軟件實(shí)現(xiàn)
初始化：
配置定時(shí)器，用于產(chǎn)生波特率所需的定時(shí)信號(hào)。
配置GPIO引腳，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
啟用外部中斷，用于檢測(cè)起始位的下降沿。
發(fā)送數(shù)據(jù)：
定義一個(gè)函數(shù)，用于發(fā)送一個(gè)字符。
在函數(shù)中，首先發(fā)送起始位，然后逐位發(fā)送數(shù)據(jù)位，最后發(fā)送停止位。
發(fā)送過(guò)程中，通過(guò)定時(shí)器精確控制每個(gè)位的發(fā)送時(shí)間。
接收數(shù)據(jù)：
定義一個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)，用于處理外部中斷。
在中斷服務(wù)函數(shù)中，檢測(cè)起始位的下降沿，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。
定時(shí)器定時(shí)采樣數(shù)據(jù)位，存儲(chǔ)到接收緩沖區(qū)。
接收完所有數(shù)據(jù)位后，根據(jù)配置處理校驗(yàn)位和停止位。
示例代碼
以下是基于STM32 HAL庫(kù)的簡(jiǎn)化示例代碼，展示了如何初始化定時(shí)器、GPIO和外部中斷，以及發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的函數(shù)框架。
c
// 省略了包含頭文件和定義全局變量的部分
// 初始化定時(shí)器，用于產(chǎn)生波特率
void MX_TIM4_Init(void) {
// 省略具體配置代碼
}
// 初始化GPIO
void MX_GPIO_Init(void) {
// 省略具體配置代碼
}
// 發(fā)送一個(gè)字符
void SendChar(char ch) {
// 省略具體發(fā)送代碼，使用定時(shí)器精確控制發(fā)送時(shí)間
}
// 接收一個(gè)字符
char ReceiveChar(void) {
// 省略具體接收代碼，使用外部中斷和定時(shí)器采樣數(shù)據(jù)位
return received_char;
}
// 主函數(shù)
int main(void) {
HAL_Init();
MX_GPIO_Init();
MX_TIM4_Init();
while (1) {
SendChar('A');
HAL_Delay(1000);
char received = ReceiveChar();
// 處理接收到的字符
}
}
總結(jié)
STM32通過(guò)軟件模擬串口通信，雖然相比硬件串口在性能上有所降低，但在資源受限或需要特定配置的情況下，是一種非常有用的解決方案。本文詳細(xì)介紹了STM32軟件模擬串口通信的基本原理和具體實(shí)現(xiàn)方法，包括硬件連接、軟件初始化和數(shù)據(jù)發(fā)送接收的具體步驟。通過(guò)本文的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握在STM32上實(shí)現(xiàn)軟件模擬串口通信的基本技能。
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