第二十九章 232实验
在本章，我们将通过USB转232连接电机开发板实现与PC端的通信，并将发送与接收到的数据显示在TFTLCD模块上。
本章分为如下几个部分：
29.1 232简介
29.2 硬件设计
29.3 程序设计
29.4 下载验证
29.1 232简介
RS-232接口符合美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。RS232的特点包括：
① 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232接口任何一条信号线的电压均 为负逻辑关系，即：逻辑“1”为-3— -15V；逻辑“0”：+3— +15V ，噪声容限为2V。即要求接收器能识别高于+3V的信号作为逻辑“0”，低于-3V的信号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负 。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
② RS-232规定的标准传送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s，可以灵活地适应不同速率的设备。
③ RS-232总线规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道（称为主通道）和第二通道（称为副通道）。利用RS- 232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线（接收线、发送线和信号线）能实现简单的全双工通信过程。
④ RS -232采用串行传送方式，将TTL电平转换为RS-232C电平，其传送距离一般可达30 m。若采用光电隔离20 mA的电流环进行传送，其传送距离可以达到1000 m。另外，如果在RS-232总线接口再加上Modem，通过有线、无线或光纤进行传送，其传输距离可以更远。
29.2 硬件设计
1. 例程功能
经过前面的学习我们知道实际的RS232仍是串行通讯的一种电平传输方式，那么我们实际通讯时可以使用串口进行实际数据的收发处理，使用232转换芯片将串口信号转换为232的电平信号进行传输，本章，我们只需要配置好串口2，就可以实现正常的232通信了，串口2的配置和串口1基本类似，只是串口2的时钟来自APB1，最大频率为170Mhz。
本章将实现这样的功能：通过USB转232连接电机开发板的DB9接口，按下KEY0，发送5个数据给串口调试助手，并在开发板上显示发送和接收到的值，也可以通过USMART调用rs232_send_data函数，实现发送指定的数据。
2. 硬件资源
1）LED灯
LED0 – PE0
2）USART2，用于232信号串行通讯。
3）正点原子1.3寸TFTLCD模块(SPI接口)
4）RS232收发芯片SP3232/TPT3232
5）USB转232串口线
3. 原理图
根据我们需要实现的程序功能，我们设计电路原理如下：
图29.2.2 RS232连接原理设计
从上图可以看出：电机开发板的串口2（PD5、PD6）连接在TP3232上，COM1是DB9母头，我们只需要将USB转232接在COM1就可以实现PC与电机开发板的通信。
29.3 程序设计
29.3.1 RS232的HAL库驱动
由于232实际上是串口通讯，我们参照串口实验一节使用类似的HAL库驱动即可，在这里分析一下RS232配置步骤。
RS232配置步骤
1）使能串口和GPIO口时钟
本实验用到USART2口，使用PD5和PD6作为串口的TX和RX脚，因此需要先使能USART2和GPIOC、GPIOD时钟。参考代码如下：
__HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE(); /* 使能USART2时钟 */ __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); /* 使能GPIOD时钟 */
2) 串口参数初始化（波特率、字长、奇偶校验等）
HAL库通过调用串口初始化函数HAL_UART_Init完成对串口参数初始化，详见例程源码。
该函数通常会调用：HAL_UART_MspInit函数来完成对串口底层的初始化，包括：串口及GPIO时钟使能、GPIO模式设置、中断设置等。但是本实验避免与USART1冲突，所以把串口底层初始化没有放在HAL_UART_MspInit函数里。
3）GPIO模式设置（速度，上下拉，复用功能等）
GPIO模式设置通过调用HAL_GPIO_Init函数实现，详见本例程源码。
4）开启串口相关中断，配置串口中断优先级
本实验我们使用串口中断来接收数据。我们使用HAL_UART_Receive_IT函数开启串口中断接收，并设置接收buffer及其长度。通过HAL_NVIC_EnableIRQ函数使能串口中断，通过HAL_NVIC_SetPriority函数设置中断优先级。
5）编写中断服务函数
串口5中断服务函数为：USART2_IRQHandler，当发生中断的时候，程序就会执行中断服务函数，在这里就可以对接收到的数据进行处理，详见本例程源码。
6）串口数据接收和发送
最后我们可以通过读写USART_RDR/USART_TDR寄存器，完成串口数据的接收和发送，HAL库也给我们提供了：HAL_UART_Receive和HAL_UART_Transmit两个函数用于串口数据的接收和发送。
大家可以根据实际情况选择使用哪种方式来收发串口数据。
29.3.2 程序流程图
图29.3.2.1 RS232实验程序流程图
29.3.3 程序解析
1. RS232驱动
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。RS232驱动相关源码包括两个文件：rs232.c和rs232.h。
为方便修改，我们在rs232.h中使用宏定义232相关的控制引脚和串口编号，如果需要使用其它的引脚或者串口，修改宏和串口的定义即可，它们在rs232.h中定义，它们列出如下：
/* RS232 引脚 和 串口 定义 */
#define RS232_TX_GPIO_PORT GPIOD
#define RS232_TX_GPIO_PIN GPIO_PIN_5
#define RS232_TX_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); }while(0)
#define RS232_RX_GPIO_PORT GPIOD
#define RS232_RX_GPIO_PIN GPIO_PIN_6
#define RS232_RX_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); }while(0)
#define RS232_UX USART2
#define RS232_UX_IRQn USART2_IRQn
#define RS232_UX_IRQHandler USART2_IRQHandler
#define RS232_UX_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE(); }while(0)
1）rs232_init函数
rs232_init的配置与串口类似，也需要设置波特率等参数，另外还需要配置收发模式的驱动引脚，我们的程序设计如下：
/**
* @brief RS232初始化函数
* @note 该函数主要是初始化串口
* @param baudrate: 波特率, 根据自己需要设置波特率值
* @retval 无
*/
void rs232_init(uint32_t baudrate)
{
/* IO 及 时钟配置 */
RS232_TX_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能 串口TX脚 时钟 */
RS232_RX_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能 串口RX脚 时钟 */
RS232_UX_CLK_ENABLE(); /* 使能 串口 时钟 */
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
gpio_init_struct.Pin = RS232_TX_GPIO_PIN;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
gpio_init_struct.Alternate = RS232_AF_UART2; /* 复用为串口2 */
HAL_GPIO_Init(RS232_TX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 串口TX 脚 模式设置 */
gpio_init_struct.Pin = RS232_RX_GPIO_PIN;
gpio_init_struct.Alternate = RS232_AF_UART2; /* 复用为串口2 */
HAL_GPIO_Init(RS232_RX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 串口RX 脚 */
/* USART 初始化设置 */
g_rs232_handler.Instance = RS232_UX; /* 选择232对应的串口 */
g_rs232_handler.Init.BaudRate = baudrate; /* 波特率 */
g_rs232_handler.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; /* 字长为8位数据格式 */
g_rs232_handler.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; /* 一个停止位 */
g_rs232_handler.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; /* 无奇偶校验位 */
g_rs232_handler.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; /* 无硬件流控 */
g_rs232_handler.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; /* 收发模式 */
HAL_UART_Init(&g_rs232_handler); /* 使能对应的串口 */
__HAL_UART_DISABLE_IT(&g_rs232_handler, UART_IT_TC);
#if RS232_EN_RX /* 如果使能了接收 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(&g_rs232_handler, UART_IT_RXNE); /* 开启接收中断 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(RS232_UX_IRQn); /* 使能RS232中断 */
HAL_NVIC_SetPriority(RS232_UX_IRQn, 3, 3); /* 抢占优先级3, 子优先级3 */
#endif
}
可以看到代码基本跟串口的配置一样，只是多了收发控制引脚的配置。
2）发送函数
发送函数用于输出232信号到232总线上，默认的232方式一般空闲时为接收状态，只有发送数据时我们才控制232芯片进入发送状态，发送完成后马上回到空闲接收状态，这样可以保证操作过程中232的数据丢失最小。我们实现的发送函数如下：
/**
* @brief RS232发送len个字节
* @param buf : 发送区首地址
* @param len : 发送字节数(为了和本代码接收匹配,这里不要超过RS232_REC_LEN个字节)
* @retval 无
*/
void rs232_send_data(uint8_t *buf, uint8_t len)
{
HAL_UART_Transmit(&g_rs232_handler, buf, len, 1000); /* RS232发送数据 */
g_RS232_rx_cnt = 0;
}
3）232接收中断函数
RS232的接收与串口中断一样，不过要注意空闲时要切换回接收状态，否则会收不到数据。我们定义了一个全局的缓冲区g_RS232_rx_buf进行接收测试，通过串口中断接收数据，编写的接收代码如下：
uint8_t g_RS232_rx_buf[RS232_REC_LEN]; /* 接收缓冲, 最大 RS232_REC_LEN 个字节. */
uint8_t g_RS232_rx_cnt = 0; /* 接收到的数据长度 */
void RS232_UX_IRQHandler(void)
{
uint8_t res;
if ((__HAL_UART_GET_FLAG(&g_RS232_handler, UART_FLAG_RXNE) != RESET))
{ /* 接收到数据 */
HAL_UART_Receive(&g_RS232_handler, &res, 1, 1000);
if (g_RS232_rx_cnt
4）232查询接收数据函数
该函数用于查询232总线上接收到的数据，主要实现的逻辑是：一开始进入函数时，先记录下当前接收计数器的值，再来一个延时去判断接收是否结束（即该期间有无接收到数据），假如说接收计数器的值没有改变，就证明接收结束，我们就可以把当前接收缓冲区传递出去。函数实现如下：
/**
* @brief RS232查询接收到的数据
* @param buf : 接收缓冲区首地址
* @param len : 接收到的数据长度
* @arg 0 , 表示没有接收到任何数据
* @arg 其他, 表示接收到的数据长度
* @retval 无
*/
void rs232_receive_data(uint8_t *buf, uint8_t *len)
{
uint8_t rxlen = g_RS232_rx_cnt;
uint8_t i = 0;
*len = 0; /* 默认为0 */
delay_ms(10); /* 等待10ms,连续超过10ms没有接收到一个数据,则认为接收结束 */
if (rxlen == g_RS232_rx_cnt && rxlen) /* 接收到了数据,且接收完成了 */
{
for (i = 0; i < rxlen; i++)
{
buf[i] = g_RS232_rx_buf[i];
}
*len = g_RS232_rx_cnt; /* 记录本次数据长度 */
g_RS232_rx_cnt = 0; /* 清零 */
}
}
RS232的代码就讲到这里，基本是串口的知识，大家不明白的配置可以翻看之前串口章节的知识。
2. main.c代码
在main.c中编写如下代码：
int main(void)
{
uint8_t key;
uint8_t i = 0, t = 0;
uint8_t cnt = 0;
uint8_t rs232buf[5];
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(85, 2, 2, 4, 8); /* 设置时钟,170Mhz */
delay_init(170); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
usmart_dev.init(170); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
rs232_init(115200); /* 初始化RS232 */
/* 显示提示信息 */
lcd_show_string(10, 10, 140, 32, 32, "STM32", RED);
lcd_show_string(10, 42, 140, 24, 24, "RS232 TEST", RED);
lcd_show_string(10, 66, 140, 24, 24, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(10, 95, 200, 24, 24, "KEY0:Send", RED);
lcd_show_string(10, 130, 200, 16, 16, "Count:", RED); /* 显示当前计数值 */
lcd_show_string(10, 150, 200, 16, 16, "Send Data:", RED); /* 提示发送的数据 */
/* 提示接收到的数据 */
lcd_show_string(10, 190, 200, 16, 16, "Receive Data:", RED);
while (1)
{
key = key_scan(0);
if (key == KEY0_PRES) /* KEY0按下,发送一次数据 */
{
for (i = 0; i < 5; i++)
{
rs232buf[i] = cnt + i; /* 填充发送缓冲区 */
/* 显示数据 */
lcd_show_xnum(10 + i * 32, 170, rs232buf[i], 3, 16, 0x80, BLUE);
}
rs232_send_data(rs232buf, 5); /* 发送5个字节 */
}
rs232_receive_data(rs232buf, &key);
if (key) /* 接收到有数据 */
{
if (key > 5)
{
key = 5; /* 最大是5个数据. */
}
for (i = 0; i < key; i++)
{
/* 显示数据 */
lcd_show_xnum(10 + i * 32, 210, rs232buf[i], 3, 16, 0x80, BLUE);
}
}
t++;
delay_ms(10);
if (t == 20)
{
LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁, 提示系统正在运行 */
t = 0;
cnt++;
lcd_show_xnum(10 + 48, 130, cnt, 3, 16, 0x80, BLUE); /* 显示数据 */
}
}
}
我们是通过按键控制数据的发送。在此部分代码中，cnt是一个累加数，一旦KEY0按下，就以这个数位基准连续发送5个数据。当232总线收到数据的时候，就将收到的数据直接显示在LCD屏幕上。
29.4 下载验证
在代码编译成功之后，将代码下载到电机开发板，程序运行效果如图29.4.1所示：
图29.4.1 程序运行效果图
LED0不停闪烁，提示程序在运行。此时，按下KEY0，在XCOM上位机上面收到这个开发板发送的数据。如图29.4.2和图29.4.3所示：
图29.4.2 发送RS232数据的开发板界面
图29.4.3 接收RS232数据的串口调试助手界面
图29.4.2，开发板向串口调试助手发送了5个数据（十进制），图29.4.3，XCOM上位机接收到了来自串口调试助手的5个数据（十六进制），XCOM上位机也可以发送5个数据（十六进制）到开发板，开发板上会显示接收到的5个数据（十进制），注意：如果使用RS232接收数据功能，必须使能RS232接收中断。
本章介绍的232总线时通过串口控制收发的，只需要通过USB转232连接开发板和电脑就可以进行数据传输了。
另外，利用USMART测试的部分，我们这里就不做介绍了，大家可自行验证下。