1+X 传感网中级备考微实例:串行通信控制 LED 灯应用开发

本文参考《新大陆传感网1+X培训中级教材》

1.任务要求：

本任务要求设计一个 LED 流水灯系统，该系统与上位机之间通过串行通信接口相连。上位机可发送命令对 LED 流水灯系统进行控制，具体要求如下：
系统中有 8 个 LED 灯，分别是 LED1~LED8。系统上电时，8 个 LED 灯默认为熄灭状态。系统运行时，8 个 LED 灯依次点亮。
LED 流水灯的工作模式有两种：
模式一：8 个 LED 灯依次点亮，每个 LED 灯点亮 1 秒后熄灭，然后切换为另一个，点亮顺序为 LED0、LED1、……、LED7，并以此循环往复；
模式二：8 个 LED 灯依次点亮，每个 LED 灯点亮 1 秒后熄灭，然后切换为另一个，点亮顺序为 LED7、LED6、……、LED0，并以此循环往复。
上位机以串行通信的方式发送命令至该系统进行 LED 流水灯工作模式的切换 “mode_1#”和“mode_2#”分别对应模式一和模式二的控制，命令“stop#”控制 LED 流水灯停止运行并全灭；

2.任务实施

2.1. 建立 STM32CubeMX 工程并生成初始 C 代码

(1). 建立 STM32CubeMX 工程并生成初始 C 代码在“STM32_WorkSpace”文件夹下新建文件夹“task4_USART_WaterFlow_LED”用于保存本任务工程。
(2).在“STM32_WorkSpace”文件夹下新建文件夹“task4_USART_WaterFlow_LED”用于保
存本任务工程。
（3）选择 MCU 型号
（4）配置调试端口
（5）配置 MCU 时钟树
（6）配置 LED 灯的 GPIO 功能
LED0~LED7 共 8 个 LED 灯的 GPIO 引脚功能的配置可参考按键+点灯的任务；
（7）配置 USART 外设的工作参数
展开“Pinout & Configuration”标签页左侧的“Connectivity”选项（图 2-46 的标号①处），选择“USART1”选项（图 2-46 的标号②处）。

图：USART1 的参数配置

对图 1中的其他配置过程说明如下：
标号③：将 USART1 的模式配置为“Asynchronous（异步）”。
标号④：点击“Parameter Settings（参数配置）”标签。
标号⑤：配置 USART1 的“Baud Rate（波特率）”为 115200 Bits/s。
标号⑥：配置“Data Direction（数据方向）”为“Receive and Transmit（接收与发送）”。
标号⑦：已配置好功能的引脚显示。
USART1 的 NVIC 配置步骤如图 2-所示：

图2：USART1 的 NVIC 配置

点击“NVIC Settings”标签（图 2 的标号①处），勾选“Enabled”复选框（图 2 的标号②处）使能 USART1 的“global interrupt（全局中断）”。其中断优先级保留默认配置：抢占优先级“0”，子优先级“0”。
（8）保存 STM32CubeMX 工程
点击“File（文件）”菜单，选择“Save Project（保存工程）”选项。然后定位到文件
夹“D:\STM32_WorkSpace\task4_USART_WaterFlow_LED”，点击“确定”保存 STM32CubeM 工程
（9）生成初始 C 代码工程
参考相关内容进行“C 代码生成”与“工程保存”的配置，最后点击“GENERATE CODE（生成代码）”按钮，生成串行通信控制 LED 灯系统的初始 C 代码工程。

2.2 完善代码

（1）在usart.h 或main.c中补充头文件：

#include <stdio.h>

在usart.c或 main.c补充代码：

int fputc(int ch,FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
    return ch;
}

（1）修改中断服务程序
将 “ stm32f1xx_it.c ” 文件中的中断服务程序 USART1_IRQHandler()“HAL_UART_IRQHandler(&huart1)”修改为“USER_UART_IRQHandler(&huart1)”。修改
后的代码如下：

void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
 
    USER_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

（2）编写用户自定义的 USART 接收中断服务函数
在“main.h”中输入以下代码：

/* USER CODE BEGIN EFP */
void USER_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);
/* USER CODE END EFP */

在“main.c”中输入以下代码：

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t dataBuf[128] = {0};
const char stringMode1[8] = "mode_1#";
const char stringMode2[8] = "mode_2#";
const char stringStop[8] = "stop#";
int8_t ledMode = -1;
uint16_t LED_value = 0;
uint8_t uart1RxState = 0;
uint8_t uart1RxCounter = 0;
uint8_t uart1RxBuff[128] = {0};
/* USER CODE END PV */

在 main.c 中编写 USER_UART_IRQHandler 的业务逻辑代码：

/* USER CODE BEGIN 4 */
void USER_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)
    
{
    if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_RXNE) != RESET))
    {
          __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);
            uart1RxBuff[uart1RxCounter] = (uint8_t)(huart1.Instance->DR & (uint8_t)0x00ff);
           uart1RxCounter++;
       
        __HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_RXNE);

    }
    if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) != RESET))
    {
        __HAL_UART_DISABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);
        uart1RxState = 1;
    }

}
/* USER CODE END 4 */

（3）编写 LED 流水灯显示程序

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */
  

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE);
  printf("hello word\r\n");

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
       
    /* USER CODE END WHILE */
      if(uart1RxState == 1)
      {
          if(strstr((const char *)uart1RxBuff,stringMode1)!=NULL)
          {
            printf("I'm in mode_1!\r\n");
              ledMode = 1;
              LED_value = 0x80;
              
          }
          else if(strstr((const char *)uart1RxBuff,stringMode2)!=NULL)
          {
              printf("I'm in mode_2!\r\n");
              ledMode = 2;
              LED_value = 0x01;
          }
          else if(strstr((const char *)uart1RxBuff,stringStop)!=NULL)
          {
              
              printf("I'm stop!\r\n");
              ledMode = 0;
              LED_value = 0;
          }
          uart1RxState = 0;
          uart1RxCounter = 0;
          memset(uart1RxBuff,0,128);
      }
     
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,0xff,GPIO_PIN_SET);
       HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,LED_value,GPIO_PIN_RESET);
      HAL_Delay(1000);
      switch(ledMode)
      {
          case 1:
              LED_value = LED_value>>1;
             if(LED_value==0)
                 LED_value = 0x80;
             break;
          case 2:
              LED_value = LED_value<<1;
             if(LED_value==0x100)
                 LED_value=0x01;
             break;
          case 0:
              LED_value = 0;
             break;
          
      }

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

代码编写好后，编译程序，下载程序到 STM32 开发板后 MCU 会自动重启并运行，一开始 8 个 LED 灯默认为熄灭状态。系统运行时，8 个 LED 灯依次点亮。打开串口助手，输入命令“mode_1#”，可以看到 8 个 LED 灯依次点亮，每个 LED 灯点亮 1 秒后熄灭，然后切换为另一个，点亮顺序为 LED1、LED1、……、LED8，并以此循环往复。
输入“mode_2#”，8 个 LED 灯依次点亮，每个 LED 灯点亮 1 秒后熄灭，然后切换为另一个，
点亮顺序为 LED8、LED6、……、LED1，并以此循环往复。输入“stop#”控制 LED 流水灯停止运行并全灭。