使用STM32做串口数据收发有哪些注意事项？

写在前面

最近使用STM32做串口数据收发，遇到了一些问题。折腾了一番，在此记录一下。
0 需求

• 云平台通过“发布消息”，下行指令。
  
• 4G模块接收平台下行指令并转发到单片机，单片机通过串口（UART3）做数据接收与分析。
  总的来说，比较简单。单片机和4G通过串口通信，当4G与平台连接之后，在保证数据在平台与4G模块之间能正常流转的情况下，可视为单片机使用串口直接与平台进行通信。而原子亦给出了串口通信的相关例程，其中包含串口收发实验，可做参考。
  
  

1 问题产生

为了实现需求，先进行两个小实验
3. 模块+上位机实验 : 验证4G模块与平台之间数据收发正常。
4. 电路板串口数据接收实验 ：排除电路板硬件异常问题。
1.1 模块+上位机实验

平台发布消息，模块TX引脚输出。通过CH340与串口调试助手相连，接收并显示数据。验证模块能否正常收发数据。
---------------------补一张串口接收数据图--------------
可以正常收发数据，排除模块问题。
ASCII编码对照表_911查询
1.2 电路板串口数据接收实验

实验硬件：UART1(COM3) , UART3(COM1)实验。
实验现象：UART1 接收到的消息通过UART1打印到串口；UART3 接收到的消息亦通过UART1打印到串口。（UART1做串口调试使用）
实验结论： 排除电路板硬件异常原因，UART1 & UART3 可以正常收发数据。
示例代码：

while(1)
{
               
   if(USART_RX_STA&0x8000)
        {               
                LED0 = 0;                         //点亮LED显示接收到消息       
                len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
                printf("rnUART1发送的消息为:rn");
                HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000);        //发送接收到的数据
                while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_TC)!=SET);                //等待发送结束
                printf("rnrn");//插入换行
                USART_RX_STA=0;
        }
        else if(USART3_RX_STA&0x8000)
        {
                LED0 = 1;                         //熄灭LED显示接收到消息       
                len=USART3_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
                printf("rnUART3发送的消息为:rn");
                HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART3_RX_BUF,len,1000);        //发送接收到的数据
                while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_TC)!=SET);                //等待发送结束
                printf("rnrn");//插入换行
                USART3_RX_STA=0;
        }
}       

1.3 问题来了！

当以上两个小测试完成时，可以确定整个系统软件与硬件无误。也就是说，当电路板上插上4G模块时，即可实现单片机与平台通信的功能！
然而，当平台发布数据时，单片机未能接收到数据。通过软件调试等操作发现，UART3并未进入到接收到数据中断。用示波器测量模块TX引脚，平台发布消息时确实有信号输出！迷惑行为，，，，，，
2 开始分析

2.1 串口数据格式

如下图，可以看出

• 无数据时，电平始终为‘1’
  
• 起始位为1位‘0’，停止位为1位‘1’
  
  串口助手配置为：
  bound ：115200 ；停止位 ：1 ；数据位 ：8 ； 检验位 ： None
  
  

2.2 测一波波形

以上两个小测试确实可以验证软件与硬件无误。那么为什么单片机可以接收上位机传来的数据，而不能接收4G模块转发来的数据呢？二者数据有何区别？
验证方法 ： 上位机和平台同时发送信息，测其输出信号。测试数据 11（0011_0001 0011_0001）

• 注 ：串口助手及平台发布的数据为字符（ASCII），助手可选择hex发送及显示。
  1. 平台发布数据 11（0011_0001 0011_0001） ，4G转发数据波形如图
  **波形分析：**非常漂亮的波形，可以读出数据为 0011_0001 0011_0001（起始位为1位‘0’，停止位为1位‘1’）
  2. 串口助手通过CH340发送数据 11（0011_0001 0011_0001）
  
  CH340 的 TX 引脚输出波形如下：X10_1000_1100_10_1000_1100_10_1011_0000_10_0101_0000_1X
  参考串口数据格式，可知：串口发送的数据为：0011_0001 , 0011_0001 , 0000_1101 , 0000_1010
  
  

**波形分析：**前两个数据值为32，对应的字符为 ‘1’,‘1’，与发送数据一致。多了后两个值13 10，查询ASCII码为 0D 0A。对应换行键和归位键，嗯？

查看串口助手，果然！默认勾选了“发送新行”

再次测试，勾选了“发送新行”数据可以被接收；不勾选了“发送新行”，数据不被接收！可以看出“发送新行”即为单片机识别数据的“校验”格式。那么程序中一定有与“校验”相关的代码，那就找到他！

• 测波形时遇到一个现象，在这记录一下。
  
  

当直接接CH340输出时，图形在上。可以看到高电平只有1,5V左右，电压驱动并不强；当CH340与单片机相连时，发送波形测得的波形如下。当时怀疑过是高电平的问题，在单片机上接了个上拉电阻，波形是好看了，但依旧没有解决问题。因为串口低电平有效，并不要求严格的高电平。
3 代码分析

关于串口接收的代码如下，一眼就可看到关于0x0a，0x0d的判断，确认是结尾校验无误了。若要修改为 ‘**’ 校验，改为0x2a,0x2a即可。修改后测试成功，没图。

if(huart->Instance==USART3)//如果是串口1
{
        if((USART3_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
        {
                if(USART3_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
                {
                        if(aRx3Buffer[0]!=0x0a)USART3_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
                        else USART3_RX_STA|=0x8000;        //接收完成了
                }
                else //还没收到0X0D
                {       
                        if(aRx3Buffer[0]==0x0d)USART3_RX_STA|=0x4000;
                        else
                        {
                                USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X3FFF]=aRx3Buffer[0] ;
                                USART3_RX_STA++;
                                if(USART3_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART3_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收          
                        }                 
                }
        }
}

• 注 ：关于0x0a，0x0d 网上也有不少资料参考。原子的串口助手也有提示正确格式。由于很少使用16进制发送，一致没有注意到！
  
  
  

4 新的问题：串口数据累加

新的问题收测试时出现寄存器数据累加情况，具体表现为:

• 当串口UART3接收到的数据未加结束校验“**”，单片机未能判断数据接收完毕。
  
• 当下次数据来临（带校验），单片机判断数据发送完毕。通过串口1将数据输出。
  
  再使用例程时，取消"发送新行"，会出现同样的问题，由此可以判断是底层代码问题。
  
  猜测：串口在接收未加校验的数据时，已经将数据存入串口接收缓冲buff中。当之后数据（带校验）来临时，继续将数据存入buff，并判断数据接收完毕。此时，多次发送的数据集中在同一buff中，数据为及时清空，由此导致数据累加的情况。
  再来分析这段代码：
  其中，USART3_RX_STA 是串口接收状态标记。定义为： u16 USART_RX_STA=0; 功能如下
  
  

if(huart->Instance==USART3)        //如果是串口3
{               
        if((USART3_RX_STA&0x8000)==0)                //接收未完成  USART3_RX_STA最高位判断
        {
                if(USART3_RX_STA&0x4000)                //接收到了第一个0x2a  USART3_RX_STA次高位判断
                {
                        if(aRx3Buffer[0]!=0x0a)
                        {
                                USART3_RX_STA=0;                //接收错误,重新开始
                        }
                        else USART3_RX_STA|=0x8000;        //接收完成了
                }
                else                                                         //还没接收到第一个0x2a
                {       
                        if(aRx3Buffer[0]==0x0d)
                        {
                                USART3_RX_STA|=0x4000;
                        }
                        else
                        {
                                USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X3FFF]=aRx3Buffer[0] ;  //0X3FFF  USART3_RX_STA 低14位是数据
                                USART3_RX_STA++;
                                if(USART3_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))
                                {
                                        USART3_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
                                }          
                        }                 
                }
        }
}

大致画了下流程图，时间关系。不再文字分析了，几个判断嵌套。串口通信实验讲解里关于USART_RX_STA的问题与思考这篇博客文字分析比较详细，推荐一波。
可以看出，与猜测一致。串口接收缓冲buff并没有进行数据清除。当数据（带校验）未临时，之前的数据会一直寄存在buff中，直到最终发送完毕。（当然数据累加有一定上限，USART_REC_LEN）
若要消除数据累加的情况，就必须在接收完一次不带校验的数据后，及时清除缓冲buff。实际使用中，两次接收数据之间有一定间隔，若能在间隔之中清除buff，即可规避。故加入以下代码，测试一下。
      

        /* 间隔一定时间清空串口缓冲BUF USART3_RX_BUF */
                if (time_10_ms)                 //定时器 10ms
                {
                        time_10_ms = 0 ;
                        memset(USART3_RX_BUF, 0, sizeof USART3_RX_BUF);  
                }

测试结果：不加校验的数据串口不识别，定时清空处理，无数据累加情况。测试ok！
总结

没啥写的，强迫症凑一凑。