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「ALIENTEK 阿波罗 STM32F767 开发板资料连载」第三十四章 485 实验

2020-5-18 10:33:08 1696 STM32

0 1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板 2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子第三十四章 485 实验本章我们将向大家介绍如何使用 STM32F767 的串口实现 485 通信（半双工）。在本章中，我们将使用 STM32F767 的串口 2 来实现两块开发板之间的 485 通信，并将结果显示在 LCD 模块上。本章分为如下几个部分： 34.1 485 简介 34.2 硬件设计 34.3 软件设计 34.4 下载验证 34.1 485 简介 485（一般称作 RS485/EIA-485）是隶属于 OSI 模型物理层的电气特性规定为 2 线，半双工，多点通信的标准。它的电气特性和 RS-232 大不一样。用缆线两端的电压差值来表示传递信号。 RS485 仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。它没有规定或推荐任何数据协议。 RS485 的特点包括： ① 接口电平低，不易损坏芯片。RS485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V 表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V 表示。接口信号电平比 RS232 降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。 ② 传输速率高。10 米时，RS485 的数据最高传输速率可达 35Mbps，在 1200m 时，传输速度可达 100Kbps。 ③ 抗干扰能力强。RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。传输距离远，支持节点多。RS485 总线最长可以传输 1200m 以上（速率≤100Kbps） ④ 一般最大支持 32 个节点，如果使用特制的 485 芯片，可以达到 128 个或者 256 个节点，最大的可以支持到 400 个节点。 RS485 推荐使用在点对点网络中，线型，总线型，不能是星型，环型网络。理想情况下 RS485 需要 2 个终端匹配电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般为 120Ω）。没有特性阻抗的话，当所有的设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪声，而且线移需要双端的电压差。没有终接电阻的话，会使得较快速的发送端产生多个数据信号的边缘，导致数据传输出错。485 推荐的连接方式如图 34.1.2 所示：图 34.1.2 RS485 连接在上面的连接中，如果需要添加匹配电阻，我们一般在总线的起止端加入，也就是主机和设备 4 上面各加一个 120Ω的匹配电阻。由于 RS485 具有传输距离远、传输速度快、支持节点多和抗干扰能力更强等特点，所以 RS485 有很广泛的应用。阿波罗 STM32F767 开发板采用 SP3485 作为收发器，该芯片支持 3.3V 供电，最大传输速度可达 10Mbps，支持多达 32 个节点，并且有输出短路保护。该芯片的框图如图 34.1.2 所示：图 34.1.2 SP3485 框图图中 A、B 总线接口，用于连接 485 总线。RO 是接收输出端，DI 是发送数据收入端，RE 是接收使能信号（低电平有效），DE 是发送使能信号（高电平有效）。本章，我们通过该芯片连接 STM32F767 的串口 2，实现两个开发板之间的 485 通信。本章将实现这样的功能：通过连接两个阿波罗 STM32F767 开发板的 RS485 接口，然后由 KEY0 控制发送，当按下一个开发板的 KEY0 的时候，就发送 5 个数据给另外一个开发板，并在两个开发板上分别显示发送的值和接收到的值。本章，我们只需要配置好串口 2，就可以实现正常的 485 通信了，串口 2 的配置和串口 1 基本类似，只是串口的时钟来自 APB1，最大频率为 54Mhz。 34.2 硬件设计本章要用到的硬件资源如下： 1）指示灯 DS0 2） KEY0 按键 3） LCD 模块 4） PCF8574T 5）串口 2 6） RS485 收发芯片 SP3485 前面 4 个之前都已经详细介绍过了，这里我们介绍 SP3485 和串口 2 的连接关系，如图 34.2.1 所示：图 34.2.1 STM32F767 与 SP3485 连接电路图从上图可以看出：STM32F767 的串口 2 通过 P8 端口设置，连接到 SP3485。注意：RS485_RE 信号，是连接在 PCF8574T 的 P6 脚上的，并没有直接连接到 MCU，需要通过 IIC 总线控制 PCF8574T，从而实现对 RS485_RE 的控制。RS485_RE 控制 SP3485 的收发，当 RS485_RE=0 的时候，为接收模式；当 RS485_RE=1 的时候，为发送模式。另外，PA2，PA3 和 ETH_MDIO 和 PWM_DAC 有共用 IO，所以在使用的时候，注意分时复用，不能同时使用。图中的 R34 和 R32 是两个偏置电阻，用来保证总线空闲时，A、B 之间的电压差都会大于 200mV（逻辑 1）。从而避免因总线空闲时，A、B 压差不定，引起逻辑错乱，可能出现的乱码。然后，我们要设置好开发板上P8排针的连接，通过跳线帽将PA2和PA3分别连接到485_TX 和 485_RX 上面，如图 34.2.2 所示：图 34.2.2 硬件连接示意图最后，我们用 2 根导线将两个开发板 RS485 端子的 A 和 A，B 和 B 连接起来。这里注意不要接反了（A 接 B），接反了会导致通讯异常！！ 34.3 软件设计打开 485 实验例程，可以发现项目中加入了一个 rs485.c 文件以及其头文件 rs485 文件，同时 485 通信因为底层用的是串口 2，所以需要引入库函数 stm32f7xx_hal_uart.c 文件和对应的头文件 stm32f7xx_hal_uart.h。打开 rs485.c 文件，代码如下： UART_HandleTypeDef USART2_RS485Handler; //USART2 句柄(用于 RS485) #if EN_USART2_RX //如果使能了接收 //接收缓存区 u8 RS485_RX_BUF[64]; //接收缓冲,最大 64 个字节. //接收到的数据长度 u8 RS485_RX_CNT=0; void USART2_IRQHandler(void) { u8 res; if((__HAL_UART_GET_FLAG(&USART2_RS485Handler, UART_FLAG_RXNE)!=RESET)) //接收中断 { HAL_UART_Receive(&USART2_RS485Handler,&res,1,1000); if(RS485_RX_CNT<64) { RS485_RX_BUF[RS485_RX_CNT]=res; //记录接收到的值 RS485_RX_CNT++; //接收数据增加 1 } } } #endif //初始化 IO 串口 2 //bound:波特率 void RS485_Init(u32 bound) { //GPIO 端口设置 GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure; PCF8574_Init(); //初始化 PCF8574，用于控制 RE 脚 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /使能 GPIOA 时钟 __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE(); //使能 USART2 时钟 GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_2\|GPIO_PIN_3; //PA2,3 GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉 GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH; //高速 GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF7_USART2; //复用为 USART2 HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure); //初始化 PA2,3 //USART 初始化设置 USART2_RS485Handler.Instance=USART2; //USART2 USART2_RS485Handler.Init.BaudRate=bound; //波特率 USART2_RS485Handler.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B; //字长 8 位数据 USART2_RS485Handler.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1; //一个停止位 USART2_RS485Handler.Init.Parity=UART_PARITY_NONE; //无奇偶校验位 USART2_RS485Handler.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE;//无硬件流控 USART2_RS485Handler.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX; //收发模式 HAL_UART_Init(&USART2_RS485Handler); //HAL_UART_Init()会使能 USART2 __HAL_UART_DISABLE_IT(&USART2_RS485Handler,UART_IT_TC); #if EN_USART2_RX __HAL_UART_ENABLE_IT(&USART2_RS485Handler,UART_IT_RXNE);//开启接收中断 HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn); //使能 USART1 中断 HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn,3,3); //抢占优先级 3，子优先级 3 #endif RS485_TX_Set(0); //设置为接收模式 } //RS485 发送 len 个字节. //buf:发送区首地址 //len:发送的字节数(为了和本代码的接收匹配,这里建议不要超过 64 个字节) void RS485_Send_Data(u8 buf,u8 len) { RS485_TX_Set(1); //设置为发送模式 HAL_UART_Transmit(&USART2_RS485Handler,buf,len,1000);//串口 2 发送数据 RS485_RX_CNT=0; RS485_TX_Set(0); //设置为接收模式 } //RS485 查询接收到的数据 //buf:接收缓存首地址 //len:读到的数据长度 void RS485_Receive_Data(u8 buf,u8 len) { u8 rxlen=RS485_RX_CNT; u8 i=0; len=0; //默认为 0 delay_ms(10); //等待 10ms,连续超过 10ms 没有接收到一个数据,则认为接收结束 if(rxlen==RS485_RX_CNT&&rxlen)//接收到了数据,且接收完成了 { for(i=0;i { buf=RS485_RX_BUF; } len=RS485_RX_CNT; //记录本次数据长度 RS485_RX_CNT=0; //清零 } } //RS485 模式控制. //en:0,接收;1,发送. void RS485_TX_Set(u8 en) { PCF8574_WriteBit(RS485_RE_IO,en); } 此部分代码总共 5 个函数，其中 RS485_Init 函数为 485 通信初始化函数，完成对串口 2 的配置，另外，对 PCF8574 也进行了初始化，方便控制 SP3485 的收发。同时如果使能中断接收的话，会执行串口 2 的中断接收配置；USART2_IRQHandler 函数用于中断接收来自 485 总线的数据，将其存放在 RS485_RX_BUF 里面；RS485_Send_Data 和 RS485_Receive_Data 这两个函数用来发送数据到 485 总线和读取从 485 总线收到的数据，这里重点介绍一下接收数据的流程（超时法）：首先令 rxlen=RS485_RX_CNT，记录当前接收到的字节数，随后，等待 10ms，如果在这个 10ms 里面，没有接收到任何数据（RS485_RX_CNT 的值未增加），那么就说明接收完成了。如果有接收到其他数据（RS485_RX_CNT 变大了），那么说明还在继续接收数据，需等到下一个循环再处理；最后，RS485_TX_Set 函数，用于通过 PCF8574 控制 RS485_RE 脚。对于串口 2程序编写方式我们需要说明一下。在串口实验章节我们已经讲过，一般情况下，* 我们在串口的中断服务函数中会调用中断共用处理 HAL 库函数 HAL_UART_IRQHandler，然后在函数 HAL_UART_IRQHandler 中，会对中断进行判断，调用想用的回调处理函数。但是本章实验源码中，我们并没有在中断服务函数中调用 HAL_UART_IRQHandler，也没有修改中断接收回调函数 HAL_UART_RxCpltCallback，这是因为我们为了保持 RS485 串口部分代码的独立性，所以直接在中断服务函数中编写中断控制逻辑，方便大家阅读。大家也可以根据自己的编程习惯来选择，HAL 库是非常灵活的，当我们掌握了 HAL 的编程思路，就可以得心应手的使用。对于串口初始化 MSP 回调函数也是一样，我们并没有修改初始化回调函数 HAL_UART_MspInit 内容，而是直接在 RS485_Init 函数中一次性初始化所有步骤。头文件 rs485.h 文件中，我们通过下面一行代码打开了接受中断： #define EN_USART2_RX 1 //0,不接收;1,接收. 其他内容就是一些函数声明，所以这里我们不细说。接下来，我们来看看主函数代码： int main(void) { u8 key; u8 i=0,t=0; u8 cnt=0; u8 rs485buf[5]; Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz delay_init(216); //延时初始化 uart_init(115200); //串口初始化 usmart_dev.init(108); //初始化 USMART LED_Init(); //初始化 LED KEY_Init(); //初始化按键 SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM LCD_Init(); //LCD 初始化 RS485_Init(9600); //初始化 RS485 POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"RS485 TEST"); LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/7/12"); LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Send"); //显示提示信息 POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色 LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Count:"); //显示当前计数值 LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Send Data:"); //提示发送的数据 LCD_ShowString(30,210,200,16,16,"Receive Data:");//提示接收到的数据 while(1) { key=KEY_Scan(0); if(key==KEY0_PRES)//KEY0 按下,发送一次数据 { for(i=0;i<5;i++) { rs485buf=cnt+i;//填充发送缓冲区 LCD_ShowxNum(30+i32,190,rs485buf,3,16,0X80); //显示数据 } RS485_Send_Data(rs485buf,5);//发送 5 个字节 } RS485_Receive_Data(rs485buf,&key); if(key)//接收到有数据 { if(key>5)key=5;//最大是 5 个数据. for(i=0;i,3,16,0X80);//显示数据 } t++; delay_ms(10); if(t==20) { LED0_Toggle;//提示系统正在运行 t=0; cnt++; LCD_ShowxNum(30+48,150,cnt,3,16,0X80); //显示数据 } } } 此部分代码，我们主要关注下 RS485_Init(54,9600)，这里用的是 54，而不是 108，是因为 APB1 的时钟是 54Mhz，故是 54，而串口 1 的时钟来自 APB2，是 108Mhz 的时钟，所以这里和串口 1 的设置是有点区别的。cnt 是一个累加数，一旦 KEY0 按下，就以这个数位基准连续发送 5 个数据。当 485 总线收到数据的时候，就将收到的数据直接显示在 LCD 屏幕上。 34.4 下载验证* 在代码编译成功之后，我们通过下载代码到 ALIENTEK 阿波罗 STM32 开发板上（注意要 2 个开发板都下载这个代码哦），得到如图 34.4.1 所示：图 34.4.1 程序运行效果图伴随 DS0 的不停闪烁，提示程序在运行。此时，我们按下 KEY0 就可以在另外一个开发板上面收到这个开发板发送的数据了。如图 34.4.2 和图 41.4.3 所示：图 34.4.2 RS485 发送数据图 34.4.3 RS485 接收数据图 34.4.2 来自开发板 A，发送了 5 个数据，图 34.4.3 来自开发板 B，接收到了来自开发板 A 的 5 个数据。本章介绍的 485 总线时通过串口控制收发的，我们只需要将 P8 的跳线帽稍作改变，该实验就变成了一个 RS232 串口通信实验了，通过对接两个开发板的 RS232 接口，即可得到同样的实验现象，有兴趣的读者可以实验一下。另外，利用 USMART 测试的部分，我们这里就不做介绍了，大家可自行验证下。 2
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