STM32单片机多串口通信仿真测试技术研究

郭 勇，何 军

(南京北方信息控制集团有限公司产品研发中心，江苏南京211153)

0 引言

STM32单片机是基于高性能Cortex-M3内核的32位单片机，外设功能强大，最大工作频率72MHz。本文选用的STM32103VET6芯片，有多达5个USART、3个SPI口和2个I2C口，便于产品与上位机的通信。采用基于库函数的编程方法，能很快地进行产品开发。目前公开的文献没有提及无硬件平台情况下对STM32进行多串口调试的方法，部分文献有介绍用虚拟串口仿真51单片机，但没有提及怎样仿真串口接收通信的情况［1－3］。本文采用基于RealView MDK、VSPD(虚拟串口)和串口调试软件的联合仿真调试技术，可以在没有硬件平台的情况下，完成多串口收发通信软件的开发和测试。

1 多串口通信的软件设计原理

软件流程图如图1所示。

图1 软件流程

本文使用的STM32芯片有多达5个USART，使用其中的3个USART(USART1～USART3)。在不进行管脚重映射的情况下，USART1_Tx管脚为PA9，USART1_Rx管脚为 PA10，USART2_Tx管脚为PA2，USART2_Rx管脚为 PA3，USART3_Tx管脚为PB10，USART3_Rx管脚为PB11。软件的设计采用模块化，包括RCC时钟配置模块，NVIC中断向量配置模块，USART1～USART3管脚配置模块、USART1～USART3初始化模块，USART1～USART3通信模块等。

1.1 RCC时钟设置模块

采用8 MHz外部晶振作为PLL时钟，再倍频到72 MHz。该时钟作为系统时钟，待系统时钟稳定后，再进行各模块时钟的分配［4］。时钟初始化模块部分代码如下:

/*使能串口1时钟，及管脚GPIOA的时钟*/

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA，ENABLE);

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

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB，ENABLE);/* 使能串口3引脚GPIOB的时钟*/

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

1.2 UASRT通信管脚配置模块

STM32单片机功能管脚由GPIO管脚进行映射，这里仅给出USART1_Tx和USART1_Rx管脚配置的软件代码，USART2和 USART3的管脚配置类似［5］。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;

∥IO口的第九脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

∥IO口的速度

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;

∥IO口复用推挽输出

GPIO_Init(GPIOA，＆GPIO_InitStructure);

∥初始化USART1的TX口

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;

∥IO口的第十脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=

GPIO_Mode_IN_FLOATING;∥IO口悬空输入

GPIO_Init(GPIOA，＆GPIO_InitStructure);

∥初始化USART1的RX口

1.3 NVIC中断向量模块的配置

NVIC是中断向量控制器，用来控制多个中断向量的优先级，在NVIC中设置USART1中断为最高优先级，USART2次之，USART3中断优先级最低。本文设置发送为顺序发送，接收为中断响应接收［6］。代码如下:

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_DeInit();

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH，0x0);

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

∥使能USART1中断

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中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART3_IRQChannel;∥使能USART3中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=2;

USART1～USART3的抢占优先级相同，USART1的从优先级值最小，所以USART1的优先级别最高。

1.4 USART的通信配置模块

采用全双工通信，对USART1进行配置，USART1的波特率115 200 bit/s，数据位8位，停止位1位，无校验位，无流量控制，接收、发送使能，采用接收中断方式，USART2和USART3的配置类似。

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

“互联网＋”与传统产业的协同融合是通过运用移动互联、云计算、大数据、物联网等互联网信息技术对农业、工业、服务业等产业链各环节进行渗透和嵌入，通过提高产业技术水平，创造新业态、新商业流程、新商业模式，实现产业链上下游的垂直合作或行业间的横向整合。同时，产业协同融合过程中还能够创新产业价值链模式，创新后的价值链接节点融合了互联网产业价值，与原产业相比，融合产业带来了更高的附加值以及更大的利润空间。总体来说，凭借“互联网＋”信息技术进行的产业融合，能够提高产业技术水平以及产业附加值，能够实现传统产业结构优化升级目标，核心内涵见图1。

USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;

∥设定传输速率

USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;∥设定8位数据位

USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;∥设定1个停止位

USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;∥无校验位

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;

USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;∥使用发送和接收功能

∥初始化USART1

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

USART_Cmd(USART1，ENABLE);∥使能 USART1

1.5 USART的中断接收模块

在该中断响应函数中，当USART1接收事件完成时，产生中断信号，通知微处理器进行串口通信的接收处理［7，8］。

void USART1_IRQHandler(void)

{

static unsigned char rx1_num;

unsigned char temp_rx;

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

{

uart1_rx［rx1_num］=temp_rx;

}

rx1_num++;∥静态变量，记录USART1接收数据的个数

}

当USART2和USART3产生接收中断时，进入相应的中断函数进行处理。

2 虚拟串口和仿真串口的绑定

传统的USART调试必须有相应的开发板，连接开发板的串口和上位机的串口，开发软件RealView MDK在调试时，有3个串口的仿真输出窗口UART#1，UART#2，UART#3，但这3个窗口只能仿真串口输出，不能仿真串口的接收通信。采用虚拟串口软件VSPD(Virtual Serial Port Driver)，可以虚拟出多对串口，如图2所示。分别把每一对虚拟串口中的一个与STM32单片机的每个串口进行绑定，就可以进行串口的通信仿真测试。

图2 产生的3对虚拟串口

本文用 VSPD软件虚拟了3对串口，分别是COM4和 COM5、COM6和 COM7、COM8 和 COM9。COM4发送数据时，COM5接收数据，反之亦然。为了仿真 STM32单片机3个串口的收发通信，把UART1和COM4绑定在一起，把 UART2和 COM6绑定在一起，把UART3和COM8绑定在一起。因为虚拟串口COM4和COM5互相通信，所以用COM5发数据，可以模拟串口COM4的中断接收数据。配置文件为COM4_OUT.txt，把后缀名改为.ini。内容如下［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的波特率为115 200 bit/s，8个数据位，1个停止位，无校验位，把COM4和STM32的第1个串口绑定在一起，配置COM6的波特率与COM4一样，绑定COM6和STM32的第2个串口在一起，依次类推。把COM4_OUT.ini文件放在工程文件中，编译后，就可以利用 RealView MDK软件和串口调试软件进行串口的通信仿真测试。

3 USART通信发送、接收数据测试

3.1 发送数据测试

设置 3个发送数组，uart1_tx［64］、uart2_tx［64］、uart3_tx［64］，因为 COM4 和 COM5 相连接，当COM4发送数据时，COM5接收数据，由图3可知，当 COM4发送数组 uart1_tx［64］的数据时，COM5的接收区正确显示数组uart1_tx［64］的数据。COM8和COM9相连，由图4可知，COM9的接收区正确显示数组 uart3_tx［64］的数据［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};

图3 COM5接收数据测试

图4 COM9接收数据测试

3.2 接收数据测试

用 uart1_rx［64］、uart2_rx［64］和 uart3_rx［64］分别模拟COM4、COM6和COM8中断接收数据，这时COM5、COM7和COM9分别发出数据。该实验用于测试多串口中断接收通信的准确率［12］。

图5 uart1_rx接收前后对比

图7 COM5发送数据

对比图5和图7可知，uart1_rx［64］正确接收到COM5发出的64个数据，表明COM4中断接收通信正确。对比图6和图8可知，uart2_rx［64］正确接收到COM7发送的64个数据，表明COM6中断接收通信正确。

图8 COM7发送数据

4 结束语

针对目前广泛使用的STM32单片机，介绍一种使用VSPD(虚拟串口)结合串口调试软件进行多串口收发通信的仿真测试方法。论述了虚拟串口和仿真串口的绑定方法，并给出了相应模块的软件代码。仿真实验结果表明，该方法可以在没有硬件平台的条件下，精确地进行多个串口发送和接收通信的测试，并能得到很好的结果。

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