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NBDK-L4：基础实验教程

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[[文件:NBDK-SCH-UART-USB.png|边框|居中|无框|707x707像素]]

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''''这边给大家简单介绍一下STM32串口USART1和DMA的对应关系，从下面的图中我们可以看到USART1_TX对应DMA的CH4，USART1_RX对应DMA的CH5。

[[文件:NBDK-DS-USARTDMA.png|边框|居中|无框|707x707像素]]

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=== 实验准备 ===

# 使用miniUSB线及10pin排线，通过Jlink仿真器连接PC端和开发板。

=== 实验验证 ===

下载完成后，我们打开miniUSB虚拟出的COM口，按下复位按键，会打印“Uart ~~ISR~~ DMA demo”。我们随意输入一些数据，可以看到STM32串口打印出相同的数据。[[文件:NBDK-XSHELL-~~UASRTISR~~UASRTDMA.png|边框|居中|无框|759x759像素]]

=== 源码详解 ===

==== gyu_usart_dma.c ====

串口初始化函数，初始化串口协议部分。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="66">

void MX_USART1_UART_Init(void)

{

// 配置串口参数

huart1.Instance = USART1; // UART寄存器基础地址，定义为USART1的

huart1.Init.BaudRate = 115200; // 串口波特率为115200

huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; // 串口数据位为8位

huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; // 串口停止位为1位

huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; // 串口无校验位

huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; // 串口模式，TX和RX作用

huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; // 串口无流控制

huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16; // 16位过采样

huart1.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE; // 1位过采样禁能

huart1.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT; // 没有串口高级功能初始化

// 串口初始化

if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)

{

_Error_Handler(__FILE__, __LINE__); // 如果初始化失败，进入错误处理任务

}

</syntaxhighlight>串口DMA初始化函数，除了使能串口TX及RX引脚时钟，配置这两个引脚状态之外，最主要的还是配置这两个引脚的DMA功能，分别对应我们刚刚在DMA1中初始化的CH4和CH5。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="95">

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)

{

// 定义GPIO结构体

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

// 判断选择的是否为USART1

if(uartHandle->Instance==USART1)

{

// 使能GPIOA引脚时钟（因为选择的TX和RX分别为PA9和PA10）

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

// 使能USART1时钟

__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

// GPIO配置

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10; // 选择USART1的TX和RX引脚（TX：PA9，RX：PA10）

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 推挽输出

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;// 引脚频率5-80MHz

GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1; // 配置为USART1

HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化引脚

}

// 配置DMA1 CH5

hdma_usart1_rx.Instance = DMA1_Channel5;

hdma_usart1_rx.Init.Request = DMA_REQUEST_2;

hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;

hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;

hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;

hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;

hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;

hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;

hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;

if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx) != HAL_OK)

{

_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);

}

// 关联DMA1 CH5 和串口RX

__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart1_rx);

// 配置DMA1 CH4

hdma_usart1_tx.Instance = DMA1_Channel4;

hdma_usart1_tx.Init.Request = DMA_REQUEST_2;

hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;

hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;

hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;

hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;

hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;

hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;

hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;

if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx) != HAL_OK)

{

_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);

}

// 关联DMA1 CH4 和串口TX

__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmatx,hdma_usart1_tx);

// 配置USART1中断

HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);

HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

}

</syntaxhighlight>串口DMA初始化（用于在DMA模式下，接收数据）。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="167">

void HAL_UARTDMA_Init(void)

{

HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,UartDma_Init(uart_dma_send,USART1),RECE_BUF_MAX_LEN);

}

</syntaxhighlight><syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="181">

void HAL_UART_Write(uint8_t*buf,uint16_t len)

{

UartDma_Write(buf,len);

}

</syntaxhighlight>

==== gyu_usart_dma_ex.c ====

== 实验13-TFT显示屏 ==

上一章中，已经给大家简单的展示了如何去配置一个串口，并且格式化输出数据。这一章给大家带来串口中断实验，顾名思义，此实验是使用中断的方式去接收和打印串口数据。

=== STM32L476 UART简介 ===

USART主要功能：

•全双工异步通信

•NRZ标准格式（标记/空格）

•可配置的过采样方法16或8，以提供速度和速度之间的灵活性

时钟容差

•通用可编程发送和接收波特率高达10 Mbit / s时

时钟频率为80 MHz，过采样为8

•双时钟域允许：

- USART功能和从停止模式唤醒

- 独立于PCLK重新编程的便捷波特率编程

•自动波特率检测

•可编程数据字长（7,8或9位）

•可编程数据顺序，具有MSB优先或LSB优先移位

•可配置的停止位（1或2个停止位）

•同步模式和时钟输出，用于同步通信

•单线半双工通信

•使用DMA进行持续通信

•使用集中式DMA将接收/发送的字节缓冲在保留的SRAM中

•发送器和接收器的独立使能位

•独立的信号极性控制，用于发送和接收

•可交换Tx / Rx引脚配置

•调制解调器和RS-485收发器的硬件流控制

•通信控制/错误检测标志

•奇偶校验控制：

- 传输奇偶校验位

- 检查接收数据字节的奇偶校验

•带有标志的14个中断源

•多处理器通信

如果地址不匹配，USART进入静音模式。

•从静音模式唤醒（通过空闲线路检测或地址标记检测）

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=== 硬件设计 ===

选择STM32L4引脚PA9和PA10作为串口，当我们将拨码开关SW1拨到USB一端时，此串口通过CH340芯片转成USB接口，用于同PC端做一些串口数据通信。

[[文件:NBDK-SCH-UART-USB.png|边框|居中|无框|707x707像素]]

''''

=== 实验准备 ===

# 使用miniUSB线及10pin排线，通过Jlink仿真器连接PC端和开发板。

# 使用miniUSB线，连接PC与开发板USB接口。

# 将SW1拨到USB端，SW2拨到MCU。

# 使用Keil打开基础实验的实验11-串口中断。

# 使用Xshell打开miniUSB虚拟出的COM口

# 下载程序，并完成功能测试。

=== 实验验证 ===

下载完成后，我们打开miniUSB虚拟出的COM口，按下复位按键，会打印“Uart ISR demo”。我们随意输入一些数据，可以看到STM32串口打印出相同的数据。

[[文件:NBDK-XSHELL-UASRTISR.png|边框|居中|无框|759x759像素]]

=== 源码详解 ===

本节中的源码说明，仅针对此例程中的重要功能，详细的源码介绍请大家参照代码后的注释。

==== stm32l4xx_hal_conf.h ====

此文件位于“实验10-串口打印\Inc”路径中，主要用途是选择使能此例程使用到的库文件。

此例程我们主要给大家展示STM32L4的串口功能，所以我们宏定义中打开UART相关的。

在这边大家也许会有疑问，我们这个实验不是串口中断吗，为什么要打开DMA宏定义，这个其实是stm32l4xx_hal_uart.c这个库文件的问题，在这个库文件中，它并有像我们用户使用串口那样去区分是使用串口中断还是DMA，所以只要我们使用到串口的宏定义，在不修改串口库文件的情况下，就必须打开DMA的宏定义，否则编译出错。<syntaxhighlight lang="c" line="1" start="103">

// 使能的宏

#define HAL_MODULE_ENABLED // 芯片

#define HAL_FLASH_MODULE_ENABLED // Flash

#define HAL_PWR_MODULE_ENABLED // 电源

#define HAL_RCC_MODULE_ENABLED // 时钟

#define HAL_CORTEX_MODULE_ENABLED // NVIC

#define HAL_GPIO_MODULE_ENABLED // GPIO

#define HAL_DMA_MODULE_ENABLED // DMA

#define HAL_UART_MODULE_ENABLED // UART

</syntaxhighlight>

==== main.c ====

main函数，我们的例程由此处开始执行，首先调用HAL_Init()函数初始化我们的模块，接着调用SystemClock_Config()函数初始化此例程用到的时钟，具体有哪些时钟被初始化，在gyu_util.c部分有详细说明。

接下来我们初始化串口，并且打印欢迎语"Uart ISR demo"。

在while()循环中，我们判断STM32L4是否接收到串口助手发送的串口数据，如果接收到数据，则回显打印到串口助手。

int main(void)

{

uint16_t msgLen = 0;

/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */

// 重置所有外设、flash界面以及系统时钟

HAL_Init();

// 配置系统时钟（包含振荡器、系统时钟、总线时钟等等）

SystemClock_Config();

// 初始化串口USART1

MX_USART1_UART_Init();

// 初始化USART1中断isrCfg结构

HAL_UARTISR_Init();

printf("Uart ISR demo"); // 展示printf函数

//

while (1)

{

// 轮训是否存在串口数据

if(HAL_UART_Poll())

{

msgLen = HAL_UART_RxBufLen(); // 读取当前接收缓存区中有效的数据长度

// 超过100字节长度的部分不读取

if(msgLen > APP_BUF_LEN)

{

msgLen = APP_BUF_LEN;

}

msgLen = HAL_UART_Read(app_buf,msgLen); // 读取缓冲区数据

HAL_UART_Write(app_buf,msgLen); // 通过串口TX打印显示

}

</syntaxhighlight>

==== gyu_util.c ====

请参照实验01中的介绍。

基础实验中的其他例程，大部分都是使用的相同的时钟配置函数，有特殊的时钟使用，将会在对应例程的源码详解中做针对性说明。

==== gyu_usart_isr.c ====

此文件中的函数，都是留给用户使用的（留给用户的串口API接口函数），函数名比较明朗，这边简单说一下各个函数的功能。

串口初始化函数，初始化串口协议波特率115200，数据位8位，停止位1位，无校验位、无流控制。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="47">

void MX_USART1_UART_Init(void)

{

// 配置串口参数

huart1.Instance = USART1; // UART寄存器基础地址，定义为USART1的

huart1.Init.BaudRate = 115200; // 串口波特率为115200

huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; // 串口数据位为8位

huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; // 串口停止位为1位

huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; // 串口无校验位

huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; // 串口模式，TX和RX作用

huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; // 串口无流控制

huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16; // 16位过采样

huart1.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE; // 1位过采样禁能

huart1.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT; // 没有串口高级功能初始化

// 串口初始化

if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)

{

_Error_Handler(__FILE__, __LINE__); // 如果初始化失败，进入错误处理任务

}

</syntaxhighlight>串口初始化函数，初始化串口时钟及串口引脚所在的GPIOA时钟，配置串口引脚硬件功能，使能串口中断。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="76">

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)

{

// 定义GPIO结构体

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

// 判断选择的是否为USART1

if(uartHandle->Instance==USART1)

{

// 使能GPIOA引脚时钟（因为选择的TX和RX分别为PA9和PA10）

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

// 使能USART1时钟

__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

// GPIO配置

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10; // 选择USART1的TX和RX引脚（TX：PA9，RX：PA10）

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 推挽输出

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;// 引脚频率5-80MHz

GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1; // 配置为USART1

HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化引脚

// 配置USART1中断优先级

HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 10, 0);

HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

}

</syntaxhighlight>初始化串口数据isrCfg结构，并且开始串口数据接收。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="112">

void HAL_UARTISR_Init(void)

{

UartIsr_Init(&huart1);

HAL_UART_StartRece();

}

</syntaxhighlight>串口打印函数，串口TX采样中断方式打印数据。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="127">

void HAL_UART_Write(uint8_t *pData,uint16_t size)

{

if(size == 0)

{

return;

}

if(pData == 0)

{

return;

}

HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,pData,size);

}

</syntaxhighlight>启动串口接收的函数，串口RX采用中断方式接收数据。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="148">

void HAL_UART_StartRece(void)

{

HAL_UART_Receive_IT(&huart1,UartIsr_GetBuf(),RECE_BUF_MAX_LEN);

}

</syntaxhighlight>串口轮询函数，用于处理接收一包数据的超时时间。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="161">

uint8_t HAL_UART_Poll(void)

{

return UartIsr_Poll();

}

</syntaxhighlight>读取串口数据的函数，并且返回读取到的数据的长度。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="175">

uint16_t HAL_UART_Read(uint8_t *buf,uint16_t size)

{

return UartIsr_Read(buf,size);

}

</syntaxhighlight>返回当前串口RX缓冲区中的数据长度。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="188">

uint16_t HAL_UART_RxBufLen(void)

{

return UartIsr_Avail();

}

</syntaxhighlight>串口接收中断的回调函数，在这个回调函数中，我们需要开启串口接收中断，用于接收下一包的串口数据。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="199">

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

{

HAL_UART_StartRece();

}

</syntaxhighlight>

==== gyu_uasrt_isr_ex.c ====

此文件是gyu_uasrt_usr.c中函数的底层处理函数，为了方便大家使用，我们将其从中分离出来。这部分大家根据自己实际情况选择看或者不看，熟悉ti芯片的朋友，可以看出这部分的串口数据处理是copy的ti CC25XX芯片的。

首先是有关串口中断的结构体定义，并且根据结构体参数的具体功能，分别RX缓冲区数据长度。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="30">

// 串口RX缓冲区数据长度

#define HAL_UART_ISR_RX_AVAIL() \

(isrCfg.rxTail >= isrCfg.rxHead) ? \

(isrCfg.rxTail - isrCfg.rxHead) : \

(RECE_BUF_MAX_LEN - isrCfg.rxHead + isrCfg.rxTail)

static uartISRCfg_t isrCfg;

</syntaxhighlight>初始化串口中断结构体的isrCfg。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="47">

void UartIsr_Init(UART_HandleTypeDef*huart)

{

isrCfg.rxHead = 0;

isrCfg.rxTail = 0;

isrCfg.rxTick = 0;

isrCfg.rxShdw = 0;

hUart = huart;

}

</syntaxhighlight>获取串口RX缓冲区中的数据，由gyu_usart_isr.c的HAL_UART_StartRece()函数中调用，并指向RX缓冲区。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="64">

uint8_t* UartIsr_GetBuf(void)

{

return isrCfg.rxBuf; // 指向串口RX缓冲区

}

</syntaxhighlight>读取串口RX缓冲区中的数据的函数。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="78">

uint16_t UartIsr_Read(uint8_t *buf, uint16_t len)

{

uint16_t cnt = 0;

while ((isrCfg.rxHead != isrCfg.rxTail) && (cnt < len))

{

*buf++ = isrCfg.rxBuf[isrCfg.rxHead++];

if (isrCfg.rxHead >= RECE_BUF_MAX_LEN)

{

isrCfg.rxHead = 0;

}

cnt++;

}

return cnt;

}

</syntaxhighlight>串口RX缓冲区数据长度获取函数。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="103">

uint16_t UartIsr_Avail(void)

{

return HAL_UART_ISR_RX_AVAIL();

}

</syntaxhighlight>串口轮询函数，主要目的是检测串口RX缓冲区数据，一个是是否超过了设置的缓冲区大小，另一个是是否超时了。<syntaxhighlight lang="c++" line="1" start="116">

uint8_t UartIsr_Poll(void)

{

uint8_t evt = 0;

uint16_t cnt = 0;

volatile uint16_t tail = RECE_BUF_MAX_LEN - hUart->RxXferCount;

if(isrCfg.rxHead != tail)

{

if(tail != isrCfg.rxTail)

{

isrCfg.rxTail = tail;

if(isrCfg.rxTick == 0)

{

isrCfg.rxShdw = HAL_GetTick();

}

isrCfg.rxTick = HAL_UART_ISR_IDLE;

}

else if(isrCfg.rxTick)

{

uint32_t Tick = HAL_GetTick();

uint32_t delta = Tick >= isrCfg.rxShdw ?

(Tick - isrCfg.rxShdw ):

(Tick + (UINT32_MAX - isrCfg.rxShdw));

if (isrCfg.rxTick > delta)

{

isrCfg.rxTick -= delta;

}

else

{

isrCfg.rxTick = 0;

}

cnt = UartIsr_Avail();

}

else

{

isrCfg.rxTick = 0;

}

if (cnt >= HAL_UART_ISR_FULL)

{

evt = HAL_UART_RX_FULL;

}

else if (cnt && !isrCfg.rxTick)

{

evt = HAL_UART_RX_TIMEOUT;

}

return evt;

}

</syntaxhighlight>

== 实验14-二维码显示 ==

Jinx

行政员、管理员

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