1. 项目概述

本项目基于STM32F103C8T6最小系统板，使用HAL库开发，实现以下核心功能：通过DMA接收上位机VOFA+发送的数据，将接收到的数据解析为浮点数，用于驱动舵机旋转到指定角度；同时通过DMA按照JustFloat协议向上位机回传当前角度和PWM占空比数据，实现双向实时通信。

2. 硬件准备

在开始编写代码之前，需要准备以下硬件和软件环境：

• STM32F103C8T6最小系统板：主控芯片，72MHz主频，64KB Flash，20KB RAM。
• 舵机：推荐SG90，工作电压5V，PWM控制信号周期20ms。
• USB转TTL模块：如CH340，用于与上位机通信。
• VOFA+上位机软件：可以下载开源软件VOFA+进行上位机
• 烧录器：可以用stlink或者其他的
• 5V电源：为舵机供电，注意与主控板共地（没有的话，简易版可以用stlink的5V）。

3. JustFloat协议说明

JustFloat协议是VOFA+上位机支持的一种简单浮点数据传输协议，特点是适用于大量浮点数传输，并且实时绘出图像便于调参，VOFA+中简介如下：

可以通过建立一个结构体来存储浮点数数据以及帧尾，帧尾的作用就是让VOFA+能识别到该组数据，每次发送的数据都是数据+帧尾，其中帧尾固定为0x00 0x00 0x80 0x7F

本文介绍代码并不采用结构体，而是通过拷贝浮点数数据到发送包里面，再添加帧尾，可以选择发送的浮点数的个数，并不是固定四个浮点数数据，因为本项目是MCU发送当前角度和占空比，所以需要两个

3. 构思思路

提前做好构思思路，有利于模块化编程，利于后期调试以及方便移植

1. 初始化，选择PA10PA9即UART1来进行异步通信，使用PA1即TIM2定时器的通道2来产生PWM，可以选择两个引脚来进行OLED显示方便后期调试
2. 定时器的预分频寄存器（PSC）和自动重装寄存器(ARR)配置,要满足周期是20ms，周期公式是((PSC +1) * (ARR + 1)) / 定时器时钟频率，比如介绍代码就是（（72 -1 + 1）*（20000 -1 + 1））/ 72M，72M即72*10的6次方，计算得出周期是20ms，占空比 = CCR / ARR，Sg90舵机，0度对应CCR = 500，90度对应CCR = 1500，180度对应CCR = 2500，函数关系式为CCR = Angle / 180 * 2000 + 500
3. 编程大体可分为：接受串口发出的的数据 -> 转化为浮点数 -> 计算所需要设置的CCR让舵机旋转 -> 计算出占空比 -> 把两个数据拷贝到发送包里面添加帧尾并发送

3. 开发环境搭建（不会可以去Bi站学习，这一步不难）

使用STM32CubeMX生成初始化代码，配置步骤如下：

1. 打开STM32CubeMX，选择芯片STM32F103C8T6。
2. 配置时钟树，使用外部8MHz晶振，系统时钟设置为72MHz。
3. 配置USART1为异步通信模式，波特率9600，8位数据位，1位停止位，无校验。
4. 在USART1的DMA设置中，添加接收和发送两个DMA通道，模式均为Normal。
5. 配置TIM2中通道2为PWM输出模式，通道2用于舵机控制，频率50Hz（周期20ms）。
6. 生成工程代码，选择MDK-ARM作为工具链。
7. 优先级配置

5. 代码实现步骤

按照以下步骤编写代码，实现完整功能：

以下是 fun.c 的完整代码内容：

#include "fun.h"

#define MAXCOUNT 4 //最大通道数，根据自己的需求以及VOFA+的最大通道设置

/**
* @brief 设置定时器2通道2的捕获比较寄存器的值CCR(PA2)
* @param 设置的角度
* @retval 无
**/
void SetTIM2_CCR(float angle)
{
uint32_t CCR = (uint32_t)(angle / 180 * 2000 + 500);
TIM2->CCR2 = CCR;
}

/**
* @brief 获取定时器2通道2的占空比
* @retval 返回占空比
**/
float Get_TIM2Duty(void)
{
return (float)TIM2->CCR2 /TIM2->ARR;
}

bool Rx_flag = 0; //接受标志位
uint8_t Rx_str[20] = {0};
uint16_t Rx_length;
uint8_t Tx_str[MAXCOUNT * 5] = {0};
uint16_t Tx_length = 0;

/**
* @brief 串口通过JustFloat协议发送数据
* @param 传输的浮点数数据指针
* @param 指针的值的个数
* @retval 无
* */
void uart_TransmitJustFloatData(float *data,uint8_t count)
{
Tx_length = count * 4;
memcpy(Tx_str,data,Tx_length); //把data的Tx_length字节数据拷贝到Tx_str中，需包含string.h
Tx_str[Tx_length + 0] = 0x00; //进行帧尾处理，满足VOFA+JustFloat协议要求
Tx_str[Tx_length + 1] = 0x00;
Tx_str[Tx_length + 2] = 0x80;
Tx_str[Tx_length + 3] = 0x7F;
Tx_length += 4;

while(huart1.gState != HAL_UART_STATE_READY); //等待串口1是否空闲，空闲退出
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, Tx_str, Tx_length);
}

/**
* @brief 接受数据的回调函数
* @param 串口句柄
* @param 接受到的数据大小
* @retval 无
* */
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
if (huart->Instance == USART1)
{
Rx_length = Size;
Rx_flag = 1;
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,Rx_str,20);
}
}

/**
* @brief 将接受到的字符串数据转化为浮点数数据
* @retval 返回角度
**/
float Get_Angle(void)
{
float Angle = 0;
Angle = atof((char*)Rx_str); //自动将字符串数据转化为浮点数数据，需要包含stdlib.h
Angle = Angle < 0 ? 0 : Angle;
Angle = Angle > 180 ? 180 : Angle;

memset(Rx_str,0,20); //清空Rx_str数据，防止数据错位,需包含string.h
return Angle;
}

以下是 fun.h 的完整代码内容：

#ifndef _FUN_H
#define _FUN_H

#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

#include "stdbool.h"
#include "string.h"
#include "stdlib.h"

#include "OLED.h"

void SetTIM2_CCR(float angle);
float Get_TIM2Duty(void);
void uart_TransmitJustFloatData(float *data,uint8_t count);
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
float Get_Angle(void);

#endif
 

以下是 main.c 的部分代码内容：

/* USER CODE BEGIN PV */
extern uint8_t Rx_str[20];
extern bool Rx_flag;
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
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_DMA_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    OLED_Init();
    OLED_ShowString(1,1,"Ang:");
    OLED_ShowString(2,1,"CCR:");
    
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,Rx_str,20);        //开启空闲DMA接受数据
    //关掉数据传输到一半是产生中断的功能，默认是开的，不关会丢包
    __HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx, DMA_IT_HT);          
    
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
    
    float fdata[2] = {0};
    
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
        static uint32_t lastTick = 0;
        uint32_t nowTick = HAL_GetTick();
        if (nowTick - lastTick >=500)
        {
            uart_TransmitJustFloatData(fdata,2);
            lastTick = nowTick;
        }
        if (Rx_flag)
        {
            fdata[0] = Get_Angle();
            SetTIM2_CCR(fdata[0]);
            fdata[1] = Get_TIM2Duty();
            Rx_flag = 0;
        }
        OLED_ShowFloat(1,5,fdata[0],3,1);
        OLED_ShowFloat(2,5,fdata[1] * 100,2,1);
    /* USER CODE END WHILE */

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

6. VOFA+上位机配置

在VOFA+中完成以下配置，即可实现数据可视化与控制：

1. 打开VOFA+，选择串口通信模式，设置波特率9600。
2. 选择JustFloat协议作为数据解析方式。
3. 连接，并点击控件，拖动波形图，鼠标右键选择填充选择第一个，然后Y轴可以选择通道

7. 调试与注意事项

在实际调试过程中，需要注意以下几个关键问题：

• 舵机供电：电流太小舵机会滋滋响
• Rx_str和Tx_str缓冲区要适宜：float为4字节,4个浮点数数据需要4 * 4字节，帧尾一共4字节，所以如果最大通道为4，可设置20字节
• PWM频率或者周期：舵机控制信号频率必须为50Hz，对应周期20ms。
• 占空比范围：舵机0度对应0.5ms高电平，180度对应2.5ms高电平，换算为占空比即2.5%到12.5%。
• 数据丢包：__HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx, DMA_IT_HT); 这一句不关闭，数据传输到一半就会产生中断，导致接收数据不全产生丢包现象，HT代表Half Transfer,只要关闭一次即可
• 启动函数：如果接收不到数据或者OLED显示正常数据，但是舵机没有旋转，可以看看main.c文件里面是否开启了DMA空闲接收数据和PWM使能

8. 代码下载链接：

git中的ServoAndJustFloat代码：https://github.com/LCZ-Xuan/basic-project.git

9. 总结

本项目完整实现了基于STM32F103C8T6的DMA串口通信与舵机控制，通过JustFloat协议与VOFA+上位机进行双向数据交互。主要是学习DMA的使用、上位机能力以及JustFloat协议、舵机知识、串口如何处理数据、PSC、ARR定时器知识等。项目虽然小，但体现基础。