引言
在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，串口通信（UART/USART）是一種廣泛應用的通信方式，尤其在微控制器（MCU）領域。STM32系列MCU以其高性能、低功耗和豐富的外設資源，成為許多嵌入式系統(tǒng)開發(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，這時軟件模擬串口通信就顯得尤為重要。本文將詳細介紹如何在STM32上通過軟件模擬實現(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，是一種簡單的串行通信協(xié)議，支持單端信號。
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，可以使用差分信號提高抗干擾能力。
波特率：每秒傳輸的位數，常見的波特率有9600、115200等。
數據位：每個字符的位數，通常為8位。
停止位：表示一個字符結束的位數，通常為1位。
校驗位：用于檢測傳輸錯誤，可以是偶校驗、奇校驗或無校驗。
TX（傳輸）：發(fā)送數據的引腳。
RX（接收）：接收數據的引腳。
GND（地線）：接地線。
STM32軟件模擬串口通信的原理
STM32通過軟件模擬串口通信，主要是利用定時器和IO口來實現(xiàn)。UART通信的幀格式包括起始位、數據位、校驗位和停止位，通過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)送數據：
發(fā)送一個字符時，首先通過定時器產生一個起始位的低電平信號。
然后，按照波特率逐位發(fā)送數據位，低位在前，高位在后。
接著發(fā)送校驗位（如果配置有的話）。
最后發(fā)送停止位，通常是一個高電平信號。
接收數據：
接收數據時，首先通過外部中斷檢測起始位的下降沿，觸發(fā)接收過程。
定時器按照設定的波特率定時采樣數據位。
接收完所有數據位后，根據配置決定是否校驗。
最后接收停止位，確認字符結束。
具體實現(xiàn)
以下是一個基于STM32的軟件模擬串口通信的具體實現(xiàn)示例。
硬件連接
TXD（發(fā)送）：連接到一個可用的GPIO引腳，例如PC13。
RXD（接收）：連接到一個帶外部中斷功能的GPIO引腳，例如PB14。
軟件實現(xiàn)
初始化：
配置定時器，用于產生波特率所需的定時信號。
配置GPIO引腳，用于發(fā)送和接收數據。
啟用外部中斷，用于檢測起始位的下降沿。
發(fā)送數據：
定義一個函數，用于發(fā)送一個字符。
在函數中，首先發(fā)送起始位，然后逐位發(fā)送數據位，最后發(fā)送停止位。
發(fā)送過程中，通過定時器精確控制每個位的發(fā)送時間。
接收數據：
定義一個中斷服務函數，用于處理外部中斷。
在中斷服務函數中，檢測起始位的下降沿，開始接收數據。
定時器定時采樣數據位，存儲到接收緩沖區(qū)。
接收完所有數據位后，根據配置處理校驗位和停止位。
示例代碼
以下是基于STM32 HAL庫的簡化示例代碼，展示了如何初始化定時器、GPIO和外部中斷，以及發(fā)送和接收數據的函數框架。
c
// 省略了包含頭文件和定義全局變量的部分
// 初始化定時器，用于產生波特率
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)送一個字符
void SendChar(char ch) {
// 省略具體發(fā)送代碼，使用定時器精確控制發(fā)送時間
}
// 接收一個字符
char ReceiveChar(void) {
// 省略具體接收代碼，使用外部中斷和定時器采樣數據位
return received_char;
}
// 主函數
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
STM32通過軟件模擬串口通信，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。本文詳細介紹了STM32軟件模擬串口通信的基本原理和具體實現(xiàn)方法，包括硬件連接、軟件初始化和數據發(fā)送接收的具體步驟。通過本文的學習，讀者可以掌握在STM32上實現(xiàn)軟件模擬串口通信的基本技能。
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