STM32 HAL库 实现485通信

发布于：2025-04-16 ⋅ 阅读:(34) ⋅ 点赞:(0)

一、引言

在工业自动化、智能家居等众多领域中，RS - 485 通信因其长距离、高抗干扰能力等优点被广泛应用。STM32F407 是一款性能强大的微控制器，其丰富的外设资源为实现 RS - 485 通信提供了良好的硬件基础。本文将详细介绍基于 STM32F407 HAL 库实现 RS - 485 通信的全过程，包括硬件连接、软件编程以及测试验证等方面。

二、硬件设计

2.1 STM32F407 微控制器

STM32F407 是意法半导体（ST）推出的一款基于 ARM Cortex - M4 内核的高性能微控制器，具有高达 168MHz 的主频，丰富的外设资源，如多个串口、SPI、I2C 等，非常适合用于各种通信应用。

2.2 RS - 485 收发器

常用的 RS - 485 收发器有 MAX485 等。MAX485 是一款低功耗、半双工的 RS - 485 收发器，能够实现 TTL 电平与 RS - 485 电平之间的转换。其主要引脚包括 RO（接收输出）、DI（发送输入）、RE（接收使能，低电平有效）、DE（发送使能，高电平有效）、A（正差分信号）和 B（负差分信号）。

2.3 硬件连接

将 STM32F407 的一个串口（如 USART1）与 MAX485 收发器连接。具体连接方式如下：

  • STM32F407 的 TX 引脚连接到 MAX485 的 DI 引脚，用于发送数据。
  • STM32F407 的 RX 引脚连接到 MAX485 的 RO 引脚，用于接收数据。
  • 选择一个 GPIO 引脚（如 PA1）作为 MAX485 的发送使能控制引脚，连接到 MAX485 的 DE 引脚，同时该引脚也连接到 RE 引脚（因为是半双工通信）。
  • MAX485 的 A 和 B 引脚用于连接到 RS - 485 总线。

三、软件编程

3.1 开发环境搭建

使用 Keil MDK 作为开发环境，首先需要安装 STM32CubeMX 工具，通过该工具可以快速配置 STM32F407 的外设参数，并生成基于 HAL 库的初始化代码。

3.2 配置 STM32CubeMX

打开 STM32CubeMX，选择 STM32F407 芯片型号。进行以下配置：

  • RCC 配置：选择外部高速时钟（HSE），并配置系统时钟为 168MHz。
  • USART 配置：选择一个串口（如 USART1），设置波特率为 9600bps，数据位为 8 位，停止位为 1 位，无校验位。
  • GPIO 配置：将选择的 GPIO 引脚（如 PA1）配置为推挽输出模式，用于控制 MAX485 的发送使能。

配置完成后，生成 Keil MDK 工程代码。

3.3 编写 RS - 485 通信代码

以下是一个简单的基于 STM32F407 HAL 库的 RS - 485 通信代码：

#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

UART_HandleTypeDef huart1;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);

// 发送使能函数
void RS485_SendEnable(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
}

// 接收使能函数
void RS485_ReceiveEnable(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
}

// 发送数据函数
void RS485_SendData(uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
    RS485_SendEnable();
    HAL_UART_Transmit(&huart1, pData, Size, 1000);
    HAL_Delay(1);  // 确保数据发送完成
    RS485_ReceiveEnable();
}

// 接收数据函数
HAL_StatusTypeDef RS485_ReceiveData(uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
    return HAL_UART_Receive(&huart1, pData, Size, 1000);
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    uint8_t sendData[] = "Hello, RS485!";
    uint8_t receiveData[20];

    while (1)
    {
        // 发送数据
        RS485_SendData(sendData, sizeof(sendData));

        // 接收数据
        if (RS485_ReceiveData(receiveData, sizeof(receiveData)) == HAL_OK)
        {
            // 处理接收到的数据
        }

        HAL_Delay(1000);
    }
}

void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    /** 初始化 RCC 振荡器 
    */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    /** 初始化 RCC 时钟 
    */
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                                  | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
    huart1.Instance = USART1;
    huart1.Init.BaudRate = 9600;
    huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void Error_Handler(void)
{
    while (1)
    {
    }
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
    /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
       ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
}
#endif
3.4 代码解释
  • 发送使能函数 RS485_SendEnable：将控制引脚置高，使 MAX485 进入发送模式。
  • 接收使能函数 RS485_ReceiveEnable：将控制引脚置低，使 MAX485 进入接收模式。
  • 发送数据函数 RS485_SendData：先使能发送模式，调用 HAL_UART_Transmit 函数发送数据，延时一段时间确保数据发送完成，然后使能接收模式。
  • 接收数据函数 RS485_ReceiveData：调用 HAL_UART_Receive 函数接收数据。

四、测试验证

4.1 硬件连接

将两块基于 STM32F407 的开发板通过 RS - 485 总线连接起来，确保连接正确。

4.2 烧录代码

将上述代码分别烧录到两块开发板中。

4.3 测试过程
  • 一块开发板发送数据，另一块开发板接收数据。
  • 通过调试工具（如串口调试助手）观察发送和接收的数据是否一致。

五、常见问题及解决方法

5.1 数据发送失败
  • 原因：发送使能引脚配置错误、波特率设置不一致等。
  • 解决方法：检查发送使能引脚的配置，确保波特率等参数设置一致。
5.2 数据接收错误
  • 原因：干扰、接收缓冲区溢出等。
  • 解决方法：添加抗干扰措施，如使用屏蔽线、增加滤波电容等；合理设置接收缓冲区大小。

六、总结

本文详细介绍了基于 STM32F407 HAL 库实现 RS - 485 通信的全过程，包括硬件设计、软件编程和测试验证等方面。通过以上步骤，你可以成功实现 STM32F407 与 RS - 485 总线之间的通信。在实际应用中，还可以根据具体需求对代码进行优化和扩展，如添加错误处理、实现多机通信等。

七、扩展应用

7.1 数据校验

为了保证数据传输的准确性，可以在数据中添加校验位，如 CRC 校验。在发送端计算数据的 CRC 校验值，并将其附加在数据后面一起发送；在接收端对接收到的数据重新计算 CRC 校验值，并与接收到的校验值进行比较，如果一致则认为数据传输正确，否则认为数据传输错误。

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