STM32單片機多串口通信仿真測試技術研究

郭 勇，何 軍

(南京北方信息控制集團有限公司產品研發中心，江蘇南京211153)

0 引言

STM32單片機是基于高性能Cortex-M3內核的32位單片機，外設功能強大，最大工作頻率72MHz。本文選用的STM32103VET6芯片，有多達5個USART、3個SPI口和2個I2C口，便于產品與上位機的通信。采用基于庫函數的編程方法，能很快地進行產品開發。目前公開的文獻沒有提及無硬件平臺情況下對STM32進行多串口調試的方法，部分文獻有介紹用虛擬串口仿真51單片機，但沒有提及怎樣仿真串口接收通信的情況［1－3］。本文采用基于RealView MDK、VSPD(虛擬串口)和串口調試軟件的聯合仿真調試技術，可以在沒有硬件平臺的情況下，完成多串口收發通信軟件的開發和測試。

1 多串口通信的軟件設計原理

軟件流程圖如圖1所示。

圖1 軟件流程

本文使用的STM32芯片有多達5個USART，使用其中的3個USART(USART1～USART3)。在不進行管腳重映射的情況下，USART1_Tx管腳為PA9，USART1_Rx管腳為 PA10，USART2_Tx管腳為PA2，USART2_Rx管腳為 PA3，USART3_Tx管腳為PB10，USART3_Rx管腳為PB11。軟件的設計采用模塊化，包括RCC時鐘配置模塊，NVIC中斷向量配置模塊，USART1～USART3管腳配置模塊、USART1～USART3初始化模塊，USART1～USART3通信模塊等。

1.1 RCC時鐘設置模塊

采用8 MHz外部晶振作為PLL時鐘，再倍頻到72 MHz。該時鐘作為系統時鐘，待系統時鐘穩定后，再進行各模塊時鐘的分配［4］。時鐘初始化模塊部分代碼如下:

/*使能串口1時鐘，及管腳GPIOA的時鐘*/

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA，ENABLE);

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2，ENABLE);∥使能串口2時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB，ENABLE);/* 使能串口3引腳GPIOB的時鐘*/

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3，ENABLE);∥使能串口3時鐘

1.2 UASRT通信管腳配置模塊

STM32單片機功能管腳由GPIO管腳進行映射，這里僅給出USART1_Tx和USART1_Rx管腳配置的軟件代碼，USART2和 USART3的管腳配置類似［5］。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;

∥IO口的第九腳

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

∥IO口的速度

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;

∥IO口復用推挽輸出

GPIO_Init(GPIOA，＆GPIO_InitStructure);

∥初始化USART1的TX口

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;

∥IO口的第十腳

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=

GPIO_Mode_IN_FLOATING;∥IO口懸空輸入

GPIO_Init(GPIOA，＆GPIO_InitStructure);

∥初始化USART1的RX口

1.3 NVIC中斷向量模塊的配置

NVIC是中斷向量控制器，用來控制多個中斷向量的優先級，在NVIC中設置USART1中斷為最高優先級，USART2次之，USART3中斷優先級最低。本文設置發送為順序發送，接收為中斷響應接收［6］。代碼如下:

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_DeInit();

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH，0x0);

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

∥使能USART1中斷

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=

USART1_IRQChannel;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

NVIC_Init(＆NVIC_InitStructure);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQChannel;∥使能USART2中斷

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART3_IRQChannel;∥使能USART3中斷

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=2;

USART1～USART3的搶占優先級相同，USART1的從優先級值最小，所以USART1的優先級別最高。

1.4 USART的通信配置模塊

采用全雙工通信，對USART1進行配置，USART1的波特率115 200 bit/s，數據位8位，停止位1位，無校驗位，無流量控制，接收、發送使能，采用接收中斷方式，USART2和USART3的配置類似。

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

“互聯網＋”與傳統產業的協同融合是通過運用移動互聯、云計算、大數據、物聯網等互聯網信息技術對農業、工業、服務業等產業鏈各環節進行滲透和嵌入，通過提高產業技術水平，創造新業態、新商業流程、新商業模式，實現產業鏈上下游的垂直合作或行業間的橫向整合。同時，產業協同融合過程中還能夠創新產業價值鏈模式，創新后的價值鏈接節點融合了互聯網產業價值，與原產業相比，融合產業帶來了更高的附加值以及更大的利潤空間。總體來說，憑借“互聯網＋”信息技術進行的產業融合，能夠提高產業技術水平以及產業附加值，能夠實現傳統產業結構優化升級目標，核心內涵見圖1。

USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;

∥設定傳輸速率

USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;∥設定8位數據位

USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;∥設定1個停止位

USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;∥無校驗位

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;

USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;∥使用發送和接收功能

∥初始化USART1

USART_ITConfig(USART1，USART_IT_RXNE，ENABLE);∥使能USART1接收中斷

USART_Cmd(USART1，ENABLE);∥使能 USART1

1.5 USART的中斷接收模塊

在該中斷響應函數中，當USART1接收事件完成時，產生中斷信號，通知微處理器進行串口通信的接收處理［7，8］。

void USART1_IRQHandler(void)

{

static unsigned char rx1_num;

unsigned char temp_rx;

if(USART_GetITStatus(USART1，USART_IT_RXNE)==SET)∥如果是接收中斷

{

uart1_rx［rx1_num］=temp_rx;

}

rx1_num++;∥靜態變量，記錄USART1接收數據的個數

}

當USART2和USART3產生接收中斷時，進入相應的中斷函數進行處理。

2 虛擬串口和仿真串口的綁定

傳統的USART調試必須有相應的開發板，連接開發板的串口和上位機的串口，開發軟件RealView MDK在調試時，有3個串口的仿真輸出窗口UART#1，UART#2，UART#3，但這3個窗口只能仿真串口輸出，不能仿真串口的接收通信。采用虛擬串口軟件VSPD(Virtual Serial Port Driver)，可以虛擬出多對串口，如圖2所示。分別把每一對虛擬串口中的一個與STM32單片機的每個串口進行綁定，就可以進行串口的通信仿真測試。

圖2 產生的3對虛擬串口

本文用 VSPD軟件虛擬了3對串口，分別是COM4和 COM5、COM6和 COM7、COM8 和 COM9。COM4發送數據時，COM5接收數據，反之亦然。為了仿真 STM32單片機3個串口的收發通信，把UART1和COM4綁定在一起，把 UART2和 COM6綁定在一起，把UART3和COM8綁定在一起。因為虛擬串口COM4和COM5互相通信，所以用COM5發數據，可以模擬串口COM4的中斷接收數據。配置文件為COM4_OUT.txt，把后綴名改為.ini。內容如下［9，10］:

MODE COM4 115200，0，8，1

ASSIGN COM4＜S1IN＞ S1OUT

MODE COM6 115200，0，8，1

ASSIGN COM6＜S2IN＞ S2OUT

MODE COM8 115200，0，8，1

ASSIGN COM8＜S3IN＞ S3OUT

ASSIGN

文件的作用是配置COM4的波特率為115 200 bit/s，8個數據位，1個停止位，無校驗位，把COM4和STM32的第1個串口綁定在一起，配置COM6的波特率與COM4一樣，綁定COM6和STM32的第2個串口在一起，依次類推。把COM4_OUT.ini文件放在工程文件中，編譯后，就可以利用 RealView MDK軟件和串口調試軟件進行串口的通信仿真測試。

3 USART通信發送、接收數據測試

3.1 發送數據測試

設置 3個發送數組，uart1_tx［64］、uart2_tx［64］、uart3_tx［64］，因為 COM4 和 COM5 相連接，當COM4發送數據時，COM5接收數據，由圖3可知，當 COM4發送數組 uart1_tx［64］的數據時，COM5的接收區正確顯示數組uart1_tx［64］的數據。COM8和COM9相連，由圖4可知，COM9的接收區正確顯示數組 uart3_tx［64］的數據［11］。

uart1_tx［64］={0x11，0x1a，0x1b，0x1c，0x1d，0x1e，0x1f，0x1f，0x3a，0x5b，0x2c，0x2d，0x3e，0x4f，0x4c，0x2d……

0xaa，0xab，0xac，0xad，0xae，0xaf，0xaf，0xaf};

uart3_tx［64］={0x31，0x3a，0x3b，0x3c，0x3d，0x3e，0x3f，0x3f，……

0x8a，0x8b，0x6c，0x6d，0xe7，0xf7，0xa3，0xb5，

0xca，0xcb，0xcc，0xcd，0xce，0xcf，0xcf，0xcf};

圖3 COM5接收數據測試

圖4 COM9接收數據測試

3.2 接收數據測試

用 uart1_rx［64］、uart2_rx［64］和 uart3_rx［64］分別模擬COM4、COM6和COM8中斷接收數據，這時COM5、COM7和COM9分別發出數據。該實驗用于測試多串口中斷接收通信的準確率［12］。

圖5 uart1_rx接收前后對比

圖7 COM5發送數據

對比圖5和圖7可知，uart1_rx［64］正確接收到COM5發出的64個數據，表明COM4中斷接收通信正確。對比圖6和圖8可知，uart2_rx［64］正確接收到COM7發送的64個數據，表明COM6中斷接收通信正確。

圖8 COM7發送數據

4 結束語

針對目前廣泛使用的STM32單片機，介紹一種使用VSPD(虛擬串口)結合串口調試軟件進行多串口收發通信的仿真測試方法。論述了虛擬串口和仿真串口的綁定方法，并給出了相應模塊的軟件代碼。仿真實驗結果表明，該方法可以在沒有硬件平臺的條件下，精確地進行多個串口發送和接收通信的測試，并能得到很好的結果。

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