引言
在现代电子系统中，串口通信（UART/USART）是一种广泛应用的通信方式，尤其在微控制器（MCU）领域。STM32系列MCU以其高性能、低功耗和丰富的外设资源，成为许多嵌入式系统开发的首选。在某些情况下，硬件串口资源可能有限，或者需要特定的串口配置，这时软件模拟串口通信就显得尤为重要。本文将详细介绍如何在STM32上通过软件模拟实现串口通信。
基本概念
在深入探讨之前，我们先了解一些基本概念。
UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）：通用异步收发传输器，是一种简单的串行通信协议，支持单端信号。
USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver-Transmitter）：通用同步异步收发传输器，支持同步和异步通信，可以使用差分信号提高抗干扰能力。
波特率：每秒传输的位数，常见的波特率有9600、115200等。
数据位：每个字符的位数，通常为8位。
停止位：表示一个字符结束的位数，通常为1位。
校验位：用于检测传输错误，可以是偶校验、奇校验或无校验。
TX（传输）：发送数据的引脚。
RX（接收）：接收数据的引脚。
GND（地线）：接地线。
STM32软件模拟串口通信的原理
STM32通过软件模拟串口通信，主要是利用定时器和IO口来实现。UART通信的帧格式包括起始位、数据位、校验位和停止位，通过精确控制这些位的发送和接收，可以模拟出UART通信的效果。
发送数据：
发送一个字符时，首先通过定时器产生一个起始位的低电平信号。
然后，按照波特率逐位发送数据位，低位在前，高位在后。
接着发送校验位（如果配置有的话）。
最后发送停止位，通常是一个高电平信号。
接收数据：
接收数据时，首先通过外部中断检测起始位的下降沿，触发接收过程。
定时器按照设定的波特率定时采样数据位。
接收完所有数据位后，根据配置决定是否校验。
最后接收停止位，确认字符结束。
具体实现
以下是一个基于STM32的软件模拟串口通信的具体实现示例。
硬件连接
TXD（发送）：连接到一个可用的GPIO引脚，例如PC13。
RXD（接收）：连接到一个带外部中断功能的GPIO引脚，例如PB14。
软件实现
初始化：
配置定时器，用于产生波特率所需的定时信号。
配置GPIO引脚，用于发送和接收数据。
启用外部中断，用于检测起始位的下降沿。
发送数据：
定义一个函数，用于发送一个字符。
在函数中，首先发送起始位，然后逐位发送数据位，最后发送停止位。
发送过程中，通过定时器精确控制每个位的发送时间。
接收数据：
定义一个中断服务函数，用于处理外部中断。
在中断服务函数中，检测起始位的下降沿，开始接收数据。
定时器定时采样数据位，存储到接收缓冲区。
接收完所有数据位后，根据配置处理校验位和停止位。
示例代码
以下是基于STM32 HAL库的简化示例代码，展示了如何初始化定时器、GPIO和外部中断，以及发送和接收数据的函数框架。
c
// 省略了包含头文件和定义全局变量的部分
// 初始化定时器，用于产生波特率
void MX_TIM4_Init(void) {
// 省略具体配置代码
}
// 初始化GPIO
void MX_GPIO_Init(void) {
// 省略具体配置代码
}
// 发送一个字符
void SendChar(char ch) {
// 省略具体发送代码，使用定时器精确控制发送时间
}
// 接收一个字符
char ReceiveChar(void) {
// 省略具体接收代码，使用外部中断和定时器采样数据位
return received_char;
}
// 主函数
int main(void) {
HAL_Init();
MX_GPIO_Init();
MX_TIM4_Init();
while (1) {
SendChar('A');
HAL_Delay(1000);
char received = ReceiveChar();
// 处理接收到的字符
}
}
总结
STM32通过软件模拟串口通信，虽然相比硬件串口在性能上有所降低，但在资源受限或需要特定配置的情况下，是一种非常有用的解决方案。本文详细介绍了STM32软件模拟串口通信的基本原理和具体实现方法，包括硬件连接、软件初始化和数据发送接收的具体步骤。通过本文的学习，读者可以掌握在STM32上实现软件模拟串口通信的基本技能。
