STM32F407电机控制板USB CDC虚拟串口收发

使用USB推荐使用外部时钟，对于USB_FS而言其总线时钟一般为48MHz；接口中启用USB，这里仅作为从设备使用（Device_Only）；中间件中启用USB_DEVICE库，使用CDC类（Communication Device Class Virtual Port Com）；开启外部高速时钟，如果使用高速外部时钟HSE，则需要单片机PH0-OSC_IN和PH0-OSC_OUT两个引脚接入一4

self_obssessed

2443人浏览 · 2025-02-05 18:54:57

self_obssessed · 2025-02-05 18:54:57 发布

STM32F407IGT6电机控制板 USB CDC虚拟串口收发

1.STM32cubeMX工程配置

时钟配置
使用USB推荐使用外部时钟，对于USB_FS而言其总线时钟一般为48MHz；
启用USB接口
接口中启用USB，这里仅作为从设备使用（Device_Only）；
使用USB设备库
中间件中启用USB_DEVICE库，使用CDC类（Communication Device Class Virtual Port Com）；

1.时钟配置

开启外部高速时钟，如果使用高速外部时钟HSE，则需要单片机PH0-OSC_IN和PH0-OSC_OUT两个引脚接入一4MHz~16MHz的陶瓷晶振，笔者开发板的高速晶振为8MHZ。

SYS中Debug模式表示MCU使用的下载调试模式，一般烧录程序会使STLINK/DAP等，按照自己的模式选择即可，笔者这里开发板使用DAPLink下载器，因此选择Serial Wire即可

时钟树配置如下

2.启用USB接口

配置USB FS从机全速模式，最大速率12MBit/s

3.使用USB设备库

IP Audio Device Class（IP音频设备类）：这个类别定义了一种用于在IP网络上传输音频数据的设备。它允许音频设备通过IP协议与计算机或其他设备进行通信，从而实现音频数据的传输和控制。
IP Communication Device Class（IP通信设备类）：这个类别定义了一种用于在IP网络上进行通信的设备。它提供了一套标准接口和协议，使设备能够与计算机或其他设备进行数据交换、实时通信和控制。
IP Download Firmware Update Class（IP固件下载更新类）：这个类别定义了一种用于通过IP网络下载和更新设备固件的设备。它提供了一套标准协议和接口，使设备能够通过IP协议接收、存储和安装固件更新。
IP Human Interface Device Class（IP人机界面设备类）：这个类别定义了一种用于通过IP网络连接人机界面设备的设备。它允许用户通过IP协议与设备进行交互和控制，例如通过远程访问控制计算机的鼠标、键盘或触摸屏等输入设备。
IP Custom Human Interface Device Class（IP自定义人机界面设备类）：这个类别定义了一种用于通过IP网络连接自定义人机界面设备的设备。它提供了灵活的接口和协议，使设备能够与计算机或其他设备进行自定义的人机界面交互和控制。
IP Mass Storage Device Class（IP大容量存储设备类）：这个类别定义了一种用于通过IP网络连接大容量存储设备的设备。它允许用户通过IP协议访问、传输和管理存储设备上的文件和数据，类似于传统的USB大容量存储设备（如U盘或移动硬盘）的功能。

此处选择IP Communication Device Class（IP通信设备类），用于实时数据交互。

其他默认设置，生成代码。

2.Keil工程修改

上述配置生成的代码中，对于用户来说USB使用相关的代码都在 USB_DEVICE > App 中，这其中最重要的就是 usbd_cdc_if.c 文件，大多数时候我们只要改写这个文件就可以实现相关需求了，该文件主要结构与说明如下：

上面代码中最常处理的只有下面四个函数：
CDC_Control_FS() 来自主机请求的回调函数
CDC_Receive_FS() 接收数据回调函数；
CDC_Transmit_FS() 用来发送数据；
CDC_TransmitCplt_FS() 发送完成回调函数

在 CDC_Receive_FS 中添加了一行 CDC_Transmit_FS(Buf, *Len); 代码，实现了回环效果；

3.串口环回测试

不管上位机软件中波特率设置为多少都可以正常通讯，因为使用USB虚拟串口的时候真正数据传输用的是USB，串口本身参数这些已经无所谓了。

4.通信延迟测试

在windows平台使用C++构建串口一收一发的延时测试程序，调用微软提供的串口类。测试请修改L"\\.\COM31"串口为自己的串口号。

代码如下：

#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define TEST_DATA "test"
#define TEST_COUNT 100

long long get_time_in_us() {
    LARGE_INTEGER frequency, counter;
    QueryPerformanceFrequency(&frequency);
    QueryPerformanceCounter(&counter);
    return (counter.QuadPart * 1000000LL) / frequency.QuadPart;
}

int main() {
    HANDLE hSerial = CreateFile(L"\\\\.\\COM31", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
    if (hSerial == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        fprintf(stderr, "打开串口失败\n");
        return 1;
    }

    // 配置串口
    DCB dcbSerialParams = { 0 };
    dcbSerialParams.DCBlength = sizeof(dcbSerialParams);
    if (!GetCommState(hSerial, &dcbSerialParams)) {
        fprintf(stderr, "获取串口属性失败\n");
        CloseHandle(hSerial);
        return 1;
    }

    dcbSerialParams.BaudRate = CBR_115200;
    dcbSerialParams.ByteSize = 8;
    dcbSerialParams.StopBits = ONESTOPBIT;
    dcbSerialParams.Parity = NOPARITY;

    if (!SetCommState(hSerial, &dcbSerialParams)) {
        fprintf(stderr, "设置串口属性失败\n");
        CloseHandle(hSerial);
        return 1;
    }

    COMMTIMEOUTS timeouts = { 0 };
    timeouts.ReadIntervalTimeout = 50;
    timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 50;
    timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 10;
    timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 50;
    timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 10;
    SetCommTimeouts(hSerial, &timeouts);

    long long delays[TEST_COUNT] = { 0 };
    long long total_delay = 0, min_delay = 99999999, max_delay = 0;

    for (int i = 0; i < TEST_COUNT; i++) {
        DWORD bytesWritten, bytesRead;
        char buffer[16] = { 0 };

        long long start_time = get_time_in_us();
        WriteFile(hSerial, TEST_DATA, strlen(TEST_DATA), &bytesWritten, NULL);  // 发送数据
        ReadFile(hSerial, buffer, strlen(TEST_DATA), &bytesRead, NULL);         // 接收数据
        long long end_time = get_time_in_us();

        if (bytesRead > 0 && strncmp(buffer, TEST_DATA, strlen(TEST_DATA)) == 0) {
            long long delay = end_time - start_time;
            delays[i] = delay;
            total_delay += delay;
            if (delay < min_delay) min_delay = delay;
            if (delay > max_delay) max_delay = delay;
        }
        else {
            printf("第 %d 次测试接收数据失败\n", i + 1);
        }
    }

    CloseHandle(hSerial);

    double avg_delay = total_delay / (double)TEST_COUNT;
    printf("延时统计 (单位: us):\n");
    printf("最大延时: %lld us\n", max_delay);
    printf("最小延时: %lld us\n", min_delay);
    printf("平均延时: %.2f us\n", avg_delay);

    return 0;
}

测试100组收发数据，统计最大最小延时和平均延时：