STM32 串口收发文本数据包

单片机学习！

前言

一、文本数据包格式

二、串口收发文本数据包代码

三、代码解析

3.1 标志位清除

3.2 数据包接收

四、代码问题改进

总结

前言

本文介绍了串口收发文本数据包程序设计的思路并详解代码作用。

一、文本数据包格式

文本数据包的格式的定义如下图所示：可变包长，含包头包尾，其中包头为@，包尾为换行的两个符号\r和\n，中间的载荷字符数量不固定。

二、串口收发文本数据包代码

程序就只写接收的部分，因为发送不像HEX数组一样，方便一个个更改。这里发送就直接在主函数里SendString或者printf就行了。

总代码示例：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>char Serial_RxPacket[100];//接收缓存区
uint8_t Serial_RxFlag;//标志位void Serial_Init(void)
{//第一步开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//开启USART1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//开启GPIO的时钟//第二步初始化GPIO引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF_PP;//引脚模式GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_9;//引脚选择Pin_9GPIO_InitStruct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化GPIOAGPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IPU;//引脚模式GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_10;//引脚选择Pin_10GPIO_InitStruct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化GPIOA//第三步初始化USARTUSART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//串口模式USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位USART_InitStructure.USART_WordLength =USART_WordLength_8b; //字长USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);//配置USART1的接收中断USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//中断通道NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);USART_Cmd(USART1,ENABLE);}//发送数据的函数
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1,Byte);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET); 
}//发送一个数组的函数
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length) 
{uint16_t i;for(i = 0 ; i < Length ; i++){Serial_SendByte(Array[i]);}
}//发送字符串
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for(i = 0;String[i] != '\0';i++){Serial_SendByte(String[i]);}
}//这个函数的返回值是X的Y次方
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{uint32_t Result = 1;while(Y--){Result *= X;}return Result;
}//函数可以将发送的数字显示为字符串的形式
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{uint8_t i;for(i = 0;i < Length;i++){Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10,Length - i - 1) %10 + '0');}
}//printf函数重定向到串口
int fputc(int ch,FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);return ch;
}//函数实现一个Serial_RxData变量读后自动清除标志位Serial_RxFlag的功能
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{if(Serial_RxFlag == 1){Serial_RxFlag = 0;return 1;}return 0;
}//中断函数
void USART1_IRQHandler(void)
{static uint8_t RxState = 0;//做状态变量Sstatic uint8_t pRxPacket = 0;//这个静态变量用于指示接收到数据包中哪一个数据了，最开始默认为0//先判断标志位if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET)//如果RXNE确实置1了，就进入if{//首先获取一下RxDatauint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);if(RxState == 0)//等待包头{if(RxData == '@'){RxState = 1;pRxPacket = 0;}}else if(RxState == 1)//接收数据{if(RxData == '\r'){RxState = 2;}else {Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;pRxPacket ++;}}else if(RxState == 2)//等待第二个包尾{if(RxData == '\n'){RxState = 0;Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';Serial_RxFlag = 1;}}USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); }
}

串口配置部分和数据发送、接收的代码详解可以看前两篇博文：

STM32 USART串口发送_串口发送代码-CSDN博客https://blog.csdn.net/Echo_cy_/article/details/142794600?spm=1001.2014.3001.5501

STM32 USART串口接收_stm32 uart发送数据-CSDN博客https://blog.csdn.net/Echo_cy_/article/details/143817933?spm=1001.2014.3001.5501本文只分析新设计的接收文本数据包函数。

三、代码解析

程序最前面为了收发数据包，先定义了一个缓存区的数组和一个标志位。

char Serial_RxPacket[100];
uint8_t Serial_RxFlag;

接收缓存用于接收字符，数量可以给多一点防止溢出，这要求单条指令最长不超过100个字符。

char Serial_RxPacket[100];

自定义的标志位，如果收到一个数据包，就置Serial_RxFlag为1：

uint8_t Serial_RxFlag;

3.1 标志位清除

Serial_GetRxFlag函数实现一个Serial_RxData变量读后自动清除标志位Serial_RxFlag的功能。

uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{if(Serial_RxFlag == 1){Serial_RxFlag = 0;return 1;}return 0;
}

3.2 数据包接收

在中断函数USART1_IRQHandler里需要用状态机来执行接收逻辑，接收数据包，然后把载荷数据存在Serial_RxPacket数组里。

根据状态转移图首先要定义一个标志当前状态的变量S，在中断函数里面定义一个静态变量。

代码示例：

//中断函数接收数据，执行状态机逻辑
void USART1_IRQHandler(void)
{static uint8_t RxState = 0;//当做状态变量Sstatic uint8_t pRxPacket = 0;//这个静态变量用于指示接收到数据包中哪一个数据了，最开始默认为0//先判断标志位if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET)//如果RXNE确实置1了，就进入if{//首先获取一下RxDatauint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);if(RxState == 0)//等待包头{if(RxData == '@'){RxState = 1;pRxPacket = 0;}}else if(RxState == 1)//接收数据{if(RxData == '\r'){RxState = 2;}else {Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;pRxPacket ++;}}else if(RxState == 2)//等待第二个包尾{if(RxData == '\n'){RxState = 0;Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';Serial_RxFlag = 1;}}USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); }
}

注意要用else if，如果只用三个并列的if可能会在状态转移的时候出现问题。比如在状态0，需要转移到状态1，就置RxState=1，结果就会造成下面状态1的条件就立马满足了，这样会出现连续两个if都同时成立的情况，就不符合执行逻辑了。所以这里要使用else if，保证每次进状态机代码之后只能选择执行其中一个状态的代码。或者用switch case语句也可以保证只有一个条件满足。写好状态选择的部分，就可以依次写每个状态执行的操作逻辑和状态转移条件了。

重要变量：

USART1_IRQHandler中断函数是把数据进行了一次转存，最终还是要扫描查询Serial_RxFlag来接收数据。

RxState这个静态变量类似于全局变量，函数进入只会初始化一次为0，在函数退出后，数据仍然有效。与全局变量不同的是，静态变量只能在本函数使用。这里就用RxState当做状态变量S，根据状态转换图，三个状态S分别为0、1、2，所以在if语句里根据RxState的不同，需要进入不同的处理程序。

pRxPacket这个静态变量用于指示接收到数据包中哪一个数据了，最开始默认为0.

中断函数先判断标志位，如果RXNE确实置1了，就进入if 。

 if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){...;}

在if代码框里首先获取一下RxData。

        uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);

接着就是三个状态的条件判断和相应状态下的程序逻辑。

1.等待包头

		if(RxState == 0)//等待包头{if(RxData == '@'){RxState = 1;pRxPacket = 0;}}

如果收到包头，那就可以转移状态RxState=1；如果没有收到@就不转移状态。

2.接收数据

因为载荷字符数量并不确定，所以每次接受之前必须先判断是不是包尾\r。

		else if(RxState == 1)//接收数据{if(RxData == '\r'){RxState = 2;}else {Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;pRxPacket ++;//接收数据后位置编码就自增，指示接收下一个位置的数据。}}

此代码逻辑是，每进一次接收状态数据就转存一次缓存数据，同时存的位置后移。当收到包尾\r就证明数据收完了，这时就可以转移到下一个状态。同时对pRxPacket清0，为下次接收准备，可以在状态0转移到状态1时提前清一个0.

3.等待第二个包尾

如果收到第二个包尾\n，那就可以回到最初的状态RxState=0，同时为了表示一个数据包接收到了，可以置一个接收标志位Serial_RxFlag=1；如果没有收到\n就时还没收到包尾，也不做处理，仍然在这个状态等待包尾。

		else if(RxState == 2)//等待第二个包尾{if(RxData == '\n'){RxState = 0;Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';Serial_RxFlag = 1;}}

接收到包尾之后还需要给字符数组的最后加一个字符串结束标志位\0，方便后续对字符串进行处理，不然这个字符数组没有结束标志位，就不知道这个字符串有多长了。

Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';

这里调用USART_ClearITPendingBit函数，直接清除一下标志位：

   USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);

以上中断接收和变量的封装就完成了！

四、代码问题改进

当然这样还是存在一个问题，如果连续发送数据包，程序处理不及时，可能导致数据包错位。一般文本数据包是独立的，不存在连续，错位的话问题就比较大。所以程序可以稍作修改来解决这个问题，等每次处理完成之后，再开始接收下一个数据包。

可以利用设计的获取标志位Serial_GetRxFlag函数，程序逻辑不使用原来读取Flag之后立刻清除的策略。在中断函数里，等待包头的时候再加一个条件。

			if(RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0)

如果收到包头，并且Serial_RxFlag=0时，才执行接收，若Serial_RxFlag不等于0，就是发太快了，还没处理完呢，就跳过这个数据包。

之前读取标志位之后立刻清零的函数Serial_GetRxFlag先删除。

把Serial_RxFlag也申明为外部可调用，暂时不封装了。

extern uint8_t Serial_RxFlag;

主函数里当Serial_RxFlag标志位为1时，就代表接收到数据包了，可以执行相应的操作。等操作完成之后，再把Serial_RxFlag标志位清0，在中断函数USART1_IRQHandler里只有Serial_RxFlag标志位为0了，才会继续接收下一个数据包。这样写数据和读数据就是严格分开的，不会同时进行，就可以避免数据包错位的现象了。但是这样发送数据包的频率就不能太快了，太快会丢弃部分数据包。

总代码示例：

Serial.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>char Serial_RxPacket[100];//接收缓存用于接收字符
uint8_t Serial_RxFlag;//自定义的标志位，如果收到一个数据包，就置Serial_RxFlagvoid Serial_Init(void)
{//第一步开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//开启USART1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//开启GPIO的时钟//第二步初始化GPIO引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF_PP;//引脚模式GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_9;//引脚选择Pin_9GPIO_InitStruct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化GPIOAGPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IPU;//引脚模式GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_10;//引脚选择Pin_10GPIO_InitStruct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化GPIOA//第三步初始化USARTUSART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//串口模式USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位USART_InitStructure.USART_WordLength =USART_WordLength_8b; //字长USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);//配置USART1的接收中断USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//中断通道NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);USART_Cmd(USART1,ENABLE);}//发送数据的函数
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART1,Byte);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET); 
}//发送一个数组的函数
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length) 
{uint16_t i;for(i = 0 ; i < Length ; i++){Serial_SendByte(Array[i]);}
}//发送字符串
void Serial_SendString(char *String)
{uint8_t i;for(i = 0;String[i] != '\0';i++){Serial_SendByte(String[i]);/}
}//这个函数的返回值是X的Y次方
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{uint32_t Result = 1;while(Y--){Result *= X;}return Result;
}//发送一个数字能显示为字符串形式的数字函数
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{uint8_t i;for(i = 0;i < Length;i++){Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10,Length - i - 1) %10 + '0');}
}//printf函数重定向到串口
int fputc(int ch,FILE *f)
{Serial_SendByte(ch);return ch;
}//函数实现一个Serial_RxData变量读后自动清除标志位Serial_RxFlag的功能
//uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
//{
//	if(Serial_RxFlag == 1)
//	{
//		Serial_RxFlag = 0;
//		return 1;
//	}
//	return 0;
//}//中断函数
void USART1_IRQHandler(void)
{static uint8_t RxState = 0;static uint8_t pRxPacket = 0;//判断标志位if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);if(RxState == 0)//等待包头{if(RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0){RxState = 1;pRxPacket = 0;}}else if(RxState == 1)//接收数据{if(RxData == '\r'){RxState = 2;}else {Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;pRxPacket ++;}}else if(RxState == 2)//等待第二个包尾{if(RxData == '\n'){RxState = 0;Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';Serial_RxFlag = 1;}}USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); }
}

Serial.h

#ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H#include <stdio.h>extern char Serial_RxPacket[];
extern uint8_t Serial_RxFlag;void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length);#endif