CH32V307 - USART串口收发HEX格式函数详解（第八章）
串口数据格式分不清？手把手教你教你写串口收发程序
目录
本章概述
本章主要是带大家手把手编写串口发送HEX数据的上层函数的封装编写，这部分代码自己亲手敲一边的话能够加深你对串口发送数据的理解。
一、什么是HEX格式数据
HEX格式其实也就是十六进制显示，我们一般规定每一帧发送一个字节来保证数据的完整性，一个字节对应8位二进制也就是2位十六进制，实际程序中收发的是0x00~0xFF这种十六进制数，而我们具体在OLED屏幕或者电脑串口助手上看到的是00~FF这样的两位数字。
其实所有的发送格式的本质都是二进制数，因为每一帧发出去的都是一个字节，传输过程中只有二进制数的存在，因为传输信号只有高电平和低电平两种，只能表示为二进制数。区别在于接收端如何解读字节的格式，例如主机发送一个数字0，这个数字0会被程序按照ASCII表解析成二进制数"0011_0000"，硬件串口会将这个8位二进制数发送到从机。从机接收到这个二进制数"0011_0000"，如果是HEX格式显示，那么程序就会对照ASCII码表把"0011_0000"转换成十六进制数0x30，如果是文本格式显示，那么程序就会对照ASCII码表把"0011_0000"转换成字符0。
如果想要验证的可以在本章结束后调用串口发送数字的函数，发送一个数字0，如果串口助手接受模式选择HEX模式，那么会接收到30（十六进制0x30），如果选择文本模式，那么会接收到0。
二、发送HEX格式数据
1.发送一个字节
/*串口调用库函数发送一个字节*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
USART_SendData(USART1,Byte); //把字节数据写入寄存器
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET); //等待发送完成
}
这是调用系统库函数把要发送的数据写入发送寄存器，硬件串口会自动把发送寄存器中的数据发送出去。同时等待发送寄存器的标志位，防止发送过快导致前一个数据还没发完就写入新的数据，这样发出去的数据就是一半是上一个数据一半是新数据的脏数据了。
2.发送一个指定长度数组
/*传入数组指针，发送一个指定长度数组*/
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint8_t Length)
{
uint16_t i;
for(i=0;i<Length;i++) //循环发送
{
Serial_SendByte(Array[i]);
}
}
发送数组的本质就是循环发送数组中的每一项，这个比较好理解的。同时注意要指定发送数组的长度。
3.发送一个字符串
/*发送一个字符串 接收到ASCII码转换的HEX格式，并不会直接显示字符*/
void Serial_SendString(char *String)
{
uint8_t i;
for(i=0; String[i]!='\0'; i++) //循环发送每个字符直到遇到字符串结束标志
{
Serial_SendByte(String[i]);
}
}
发送字符串的本质就是循环发送每一个字符，直到遍历完整个字符串，把字符串当成一个有结束标志位的数组。要注意字符串类型是char类型，输入字符串时用双引号，而单字符属于uint8_t类型，所以直接调用发送字节函数即可，输入单字符时用单引号。例如"A"是字符串，而'A'是字符。
4.发送一个数字
/*次方函数，为发送数字做准备*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{
uint32_t Result = 1;
while(Y--) //X的Y次方
{
Result *= X;
}
return Result;
}
/*发送数字，指定长度*/
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<Length; i++) //从高位到低位取出数字
{
Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length-i-1)%10 + '0');
}
}
发送数字的函数需要特殊处理一下，因为每次只能发送一位数字，所以我们要从高位到低位进行发送，用除取整和除取余的方法可以实现这个效果。例如发送123，长度为3，第一次的运算为123/100%10 = 1%10 = 1；第二次为123/10%10 = 12%10 = 2；第三次为123/1%10 = 123%10 = 3。
三、接收HEX格式数据
1.中断函数接收数据
void USART1_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt()));
void USART1_IRQHandler(void)
{
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //判断是否是USART1的接收事件触发的中断
{
uint8_t Rxdata = USART_ReceiveData(USART1); //读取接收寄存器
//单字节接收
Serial_RxData = Rxdata; //把接收到的数据存入
LED1_Turn(); //LED翻转
Serial_RxFlag = 1; //置接收标志位
/*以上位置放接收数据处理程序*/
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //清除标志位
}
}
因为是硬件串口所以接收数据是在串口中断中直接调用系统库函数获取接收寄存器的数据即可，判断中断标志位、清除标志位这些都是中断函数标准框架了。这里先用Rxdata读取接收数据作为缓存，下方代码可以决定是否要将这个数据接收，接收结束要记得把我们自己设定的接收标志位置1。
2.接收数据标志位处理
/*获取串口接受标志位*/
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
if(Serial_RxFlag == 1)
{
Serial_RxFlag = 0; //清除接收标志位
return 1;
}
return 0;
}
获取串口接收标志位函数为外部函数读取接收标志位的接口，调用函数时如果标志位为1则会自动清除标志位并返回1，否则返回0。
3.接收数据处理
/*获取接收到的单字节数据，指针接收*/
void Serial_ReceiveByte(uint8_t* rxdata)
{
*rxdata = Serial_RxData; //数据赋值
}
接收单字节数据的函数也提供给外部函数直接调用，调用时传入存储数据的指针地址。
四、收发HEX数据现象
1.发送函数调用
uint8_t tx_data1 = 0x01;
uint8_t tx_data2[4] = {0x01,0x00,0x04,0x10};
uint8_t tx_data3 = 88;
//发送单字节
Serial_SendByte(tx_data1);
OLED_ShowString(2,1,"OK!");
//发送数组
Serial_SendArray(tx_data2,4);
OLED_ShowString(2,1,"OK!");
//发送字符串
Serial_SendString("hello");
OLED_ShowString(2,1,"OK!");
//发送数字
Serial_SendNumber(tx_data3,2);
OLED_ShowString(2,1,"OK!");
4种发送类型选一个使用即可，其他的要注释掉。
2.接收函数调用
uint8_t rx_data1;
//接收单字节
Serial_ReceiveByte(&rx_data1);
OLED_ShowHexNum(4,1,rx_data1,2);3.现象
四种发送格式按顺序使用，其他的注释掉，不要同时使用。
按下按键后OLED屏幕第二行显示"OK!"，电脑串口助手接收区显示对应数字，我们在串口助手发送区输入"01"，OLED屏幕第四行显示"01"，LED1（蓝灯）亮起，每接收到一次数据LED1翻转一次。
五、发送HEX格式数据包
/*发送HEX数据包*/
void Serial_SendPacket(uint8_t* tx_packet)
{
Serial_SendByte(0xFF); //发送包头
Serial_SendArray(tx_packet,4); //发送数组数据
Serial_SendByte(0xFE); //发送包尾
}
数据包格式一般为收发双方约定好的数据包格式，常见的类型就是这种包头使用0xFF，包尾使用0xFE，中间的数据长度一般也是约定好的，或者在具体传输过程中指定，我这里设定的是数据长度为4。调用发送数据包函数，传入要发送的数据数组的指针地址，先发送包头，再调用发送数组函数发送数据，最后发送包尾。
六、接收HEX格式数据包
1.中断函数接收数据
void USART1_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt()));
void USART1_IRQHandler(void)
{
static uint8_t RxState,RxData_Num;
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //判断是否是USART1的接收事件触发的中断
{
uint8_t Rxdata = USART_ReceiveData(USART1); //读取接收寄存器
//数据包接收
switch (RxState)
{
case 0: //空闲状态
{
if(Rxdata == 0xFF) //检测包头
{
RxData_Num = 0; //重置数据位
RxState = 1; //进入下一状态
}
break;
}
case 1:
{
Serial_RxPacket[RxData_Num] = Rxdata; //存入数据
RxData_Num++; //数据位后移
if(RxData_Num >= 4) //接收完成后进入下一状态
{
RxState = 2;
}
break;
}
case 2:
{
if(Rxdata == 0xFE) //检测包尾
{
Serial_RxFlag = 1; //置接收标志位
LED1_Turn(); //LED翻转
RxState = 0; //回到空闲状态
RxData_Num = 0; //重置数据位
}
break;
}
}
/*以上位置放接收数据处理程序*/
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //清除标志位
}
}
数据包的接收就相对复杂一点了，但是也很好理解。先定义静态变量RxState记录接收数据包的状态，RxData_Num记录接收数据的位数。RxState=0为空闲状态，此时检测接收到的数据是否为包头，如果是包头则进入下一状态并清零接收数据位，准备接收有效数据。如果不是包头则无视。RxState=1为接收数据状态，此时按照数据位RxData_Num的值把接收的数据Rxdata存入接收数据包数组，每接收一位就把数据位加一，接收满后转入下一个状态。RxState=2为检测包尾状态，检测到包尾时把接收标志位置1，同时回到空闲状态并清零数据位。
2.接收数据处理
/*获取接收到的HEX数据包，指针接收*/
void Serial_ReceivePacket(uint8_t* rx_packet)
{
uint8_t i;
for(i=0;i<4;i++) //把数据赋值给传入指针数组
{
rx_packet[i] = Serial_RxPacket[i];
}
}
获取接收数据包函数，传入存储数据包数组的指针地址，遍历赋值。这个过程可能会被新的中断打断，导致获取到的数据包异常。如果传输速率较高的情况下可以再设置一个标志位，在数据复制完成后才可以接收新的数据包。
七、收发HEX数据包现象
1.发送函数调用
uint8_t tx_packet[4] = {0x42,0x00,0x04,0x10};
//发送HEX数据包
Serial_SendPacket(tx_packet);
OLED_ShowString(2,1,"OK!");2.接收函数调用
uint8_t rx_packet[4];
//接收HEX数据包
Serial_ReceivePacket(rx_packet);
for(uint8_t i = 0; i<4; i++)
{
OLED_ShowHexNum(4,1+(3*i),rx_packet[i],2);
}3.现象
按下按键后OLED屏幕第二行显示"OK!"，电脑串口助手接收区显示"FF 42 00 04 10 FE"，我们在串口助手发送区输入"FF 00 01 02 03 FE"，OLED屏幕第四行显示"00 01 02 03"，LED1（蓝灯）亮起，每接收到一次数据LED1翻转一次。
八、完整代码
main.c
#include "debug.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
uint8_t tx_data1 = 0x01;
uint8_t tx_data2[4] = {0x01,0x00,0x04,0x10};
uint8_t tx_data3 = 88;
uint8_t tx_packet[4] = {0x42,0x00,0x04,0x10};
uint8_t rx_data1;
uint8_t rx_packet[4];
int main(void)
{
//模块初始化
LED_Init();
OLED_Init();
Key_Init();
Serial_Init();
Delay_Init();
OLED_ShowString(1,1,"Tx_data:");
OLED_ShowString(3,1,"Rx_data:");
while(1)
{
Delay_Us(1);
if(Key_Flag == 1)
{
Key_Flag = 0;
//发送单字节
// Serial_SendByte(tx_data1);
// OLED_ShowString(2,1,"OK!");
//发送数组
// Serial_SendArray(tx_data2,4);
// OLED_ShowString(2,1,"OK!");
//发送字符串
// Serial_SendString("hello");
// OLED_ShowString(2,1,"OK!");
//发送数字
// Serial_SendNumber(tx_data3,2);
// OLED_ShowString(2,1,"OK!");
//发送HEX数据包
Serial_SendPacket(tx_packet);
OLED_ShowString(2,1,"OK!");
}
if(Serial_GetRxFlag() == 1)
{
//接收单字节
// Serial_ReceiveByte(&rx_data1);
// OLED_ShowHexNum(4,1,rx_data1,2);
//接收HEX数据包
Serial_ReceivePacket(rx_packet);
for(uint8_t i = 0; i<4; i++)
{
OLED_ShowHexNum(4,1+(3*i),rx_packet[i],2);
}
}
}
}
Serial.c
#include "ch32v30x.h"
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
#include "LED.h"
uint8_t Serial_RxData;
uint8_t Serial_TxPacket[4]; //定义发送数据包数组，数据包格式：FF 01 02 03 04 FE
uint8_t Serial_RxPacket[4]; //定义接收数据包数组
uint8_t Serial_RxFlag; //定义接收数据包标志位
/**
* 函 数：串口初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void Serial_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //开启USART1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA9引脚初始化为复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA10引脚初始化为上拉输入
/*USART初始化*/
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; //定义结构体变量
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制，不需要
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //模式，发送模式和接收模式均选择
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //奇偶校验，不需要
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位，选择1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长，选择8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //将结构体变量交给USART_Init，配置USART1
/*中断输出配置*/
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //开启串口接收数据的中断
/*NVIC中断分组*/
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //配置NVIC为分组2
/*NVIC配置*/
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //定义结构体变量
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //选择配置NVIC的USART1线
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //指定NVIC线路使能
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //指定NVIC线路的抢占优先级为1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //指定NVIC线路的响应优先级为1
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
/*USART使能*/
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能USART1，串口开始运行
}
/*串口调用库函数发送一个字节*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
USART_SendData(USART1,Byte); //把字节数据写入寄存器
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET); //等待发送完成
}
/*传入数组指针，发送一个指定长度数组*/
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint8_t Length)
{
uint16_t i;
for(i=0;i<Length;i++) //循环发送
{
Serial_SendByte(Array[i]);
}
}
/*发送一个字符串 接收到ASCII码转换的HEX格式，并不会直接显示字符*/
void Serial_SendString(char *String)
{
uint8_t i;
for(i=0; String[i]!='\0'; i++) //循环发送每个字符直到遇到字符串结束标志
{
Serial_SendByte(String[i]);
}
}
/*次方函数，为发送数字做准备*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y)
{
uint32_t Result = 1;
while(Y--) //X的Y次方
{
Result *= X;
}
return Result;
}
/*发送数字，指定长度*/
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<Length; i++) //从高位到低位取出数字
{
Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,Length-i-1)%10 + '0');
}
}
/*发送HEX数据包*/
void Serial_SendPacket(uint8_t* tx_packet)
{
Serial_SendByte(0xFF); //发送包头
Serial_SendArray(tx_packet,4); //发送数组数据
Serial_SendByte(0xFE); //发送包尾
}
/*获取串口接受标志位*/
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
if(Serial_RxFlag == 1)
{
Serial_RxFlag = 0; //清除接收标志位
return 1;
}
return 0;
}
/*获取接收到的单字节数据，指针接收*/
void Serial_ReceiveByte(uint8_t* rxdata)
{
*rxdata = Serial_RxData; //数据赋值
}
/*获取接收到的HEX数据包，指针接收*/
void Serial_ReceivePacket(uint8_t* rx_packet)
{
uint8_t i;
for(i=0;i<4;i++) //把数据赋值给传入指针数组
{
rx_packet[i] = Serial_RxPacket[i];
}
}
void USART1_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt()));
void USART1_IRQHandler(void)
{
static uint8_t RxState,RxData_Num;
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //判断是否是USART1的接收事件触发的中断
{
uint8_t Rxdata = USART_ReceiveData(USART1); //读取接收寄存器
//单字节接收
// Serial_RxData = Rxdata; //把接收到的数据存入
// LED1_Turn(); //LED翻转
// Serial_RxFlag = 1; //置接受标志位
//数据包接收
switch (RxState)
{
case 0: //空闲状态
{
if(Rxdata == 0xFF) //检测包头
{
RxData_Num = 0; //重置数据位
RxState = 1; //进入下一状态
}
break;
}
case 1:
{
Serial_RxPacket[RxData_Num] = Rxdata; //存入数据
RxData_Num++; //数据位后移
if(RxData_Num >= 4) //接收完成后进入下一状态
{
RxState = 2;
}
break;
}
case 2:
{
if(Rxdata == 0xFE) //检测包尾
{
Serial_RxFlag = 1; //置接收标志位
LED1_Turn(); //LED翻转
RxState = 0; //回到空闲状态
RxData_Num = 0; //重置数据位
}
break;
}
}
/*以上位置放接收数据处理程序*/
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //清除标志位
}
}
Serial.h
#ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H
void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint8_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X,uint32_t Y);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t Length);
void Serial_SendPacket(uint8_t* tx_packet);
uint8_t Serial_GetRxFlag(void);
void Serial_ReceiveByte(uint8_t* rxdata);
void Serial_ReceivePacket(uint8_t* rx_packet);
#endif
Key.c / Key.h
Key模块代码与 第六章 "CH32V307-USART收发HEX数据包" 的模块代码一致。
LED.c / LED.h
LED模块代码与 第三章 "CH32C307-通用模块" 的模块代码一致。
OLED.c / OLED.h / OLED_Font.h
OLED模块代码与 第二章 "CH32V307-OLED驱动" 的模块代码一致。
下节预告
串口的内容还是比较多的，所以这一章先只讲HEX格式的，下一章我们再来讲解文本格式的函数内容。
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