串口通信學習

不需要校驗位就選8位，需要校驗位就選9位！

USRT

USART框圖

STM32的外設引腳

這是USART的基本結構。

數據幀，八位是

這個公式還是很重要的！

如果在編輯器里面使用printf打印漢字的話，會出現亂碼的話，前提是你的編碼格式使用的UTF8，就在keil5里面這里加上這個--no-multibyte-chars

HEX 數據包這個概念在不同領域有不同的含義，但核心思想是一樣的：
它指的是用十六進制（Hexadecimal）形式表示的一個數據包，數據包包含通信所需的頭部、數據區和校驗等信息。

1.“HEX”是什么意思？

HEX 是 十六進制 的縮寫。
在計算機和嵌入式通信中，二進制數據通常用十六進制表示，因為它更簡潔、人類更容易閱讀。
例如：
- 二進制：1010 1111
- 十六進制：0xAF

2.“數據包”是什么意思？

數據包（Data Packet）是通信雙方傳輸的完整數據單元。
一個數據包通常包含：
1. 幀頭 / 起始標志（Start Byte / Header）
  用來標識一個包的開始，例如 0xAA 0x55
2. 長度字段（Length）
  表示數據區的字節數
3. 命令字 / 功能碼（Command）
  表示這個包的用途（如讀取、寫入、狀態查詢）
4. 數據區（Data）
  實際要傳輸的內容
5. 校驗碼（Checksum / CRC）
  用來檢測數據是否損壞
6. 幀尾 / 結束標志（End Byte）
  表示包的結束（可選）

3.HEX 數據包的定義示例

假設我們設計一個用于串口通信的 HEX 數據包格式：

[0]   幀頭1         1 byte    固定為 0xAA
[1]   幀頭2         1 byte    固定為 0x55
[2]   長度           1 byte    數據區+命令字的總長度
[3]   命令字         1 byte    例如 0x01 表示讀取數據
[4..n]數據區         N byte    實際數據
[n+1] 校驗碼         1 byte    所有字節異或和或 CRC
[n+2] 幀尾           1 byte    固定為 0x0D

舉例：

AA 55 04 01 10 20 35 0D

AA 55?幀頭
04?長度（后面 4 個字節：01 10 20 35）
01?命令字（讀取數據）
10 20?數據區（兩個字節的數據）
35?校驗碼
0D?幀尾

4. 為什么要用 HEX 表示數據包？

可讀性好
十六進制每兩個字符正好表示一個字節
方便調試
串口調試助手、邏輯分析儀等都用 HEX 格式
跨平臺兼容
HEX 表示的是原始二進制，不受編碼格式影響

文本數據包（Text Data Packet）指的是以文本形式（可讀字符）來組織和傳輸的一個完整數據單元，它和 HEX 數據包最大的區別是：

HEX 數據包里每個字節是二進制，調試時常用十六進制顯示
文本數據包直接用可見字符（ASCII/UTF-8等編碼）表示內容，例如 "TEMP=25.6;HUM=78%\n"

1.文本數據包的核心定義

一個文本數據包一般包含以下部分：

起始標志（Start Flag）
- 用于標識數據包的開始
- 例如 "$$", "<START>", "#"
數據內容（Payload / Body）
- 全部是可見字符（字母、數字、符號）
- 一般使用分隔符分割字段，例如 ,、;、| 或空格
結束標志（End Flag）
- 表示數據包結束
- 常用 \n（換行符）、\r\n（回車換行）、"<END>" 等
可選校驗（Checksum）
- 校驗可以直接用十進制數字或十六進制字符串表示
- 放在數據末尾，方便檢測數據完整性

2. 文本數據包示例

串口發送傳感器數據

$TEMP=25.6,HUM=78%,BAT=3.7V*

$?起始標志
TEMP=25.6,HUM=78%,BAT=3.7V?數據區（用逗號分隔字段）
*?結束標志

帶校驗的例子（NMEA GPS 協議風格）

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47

$GPGGA?起始標志+數據類型
逗號分隔的多個字段
*47?末尾 * 后是校驗值（XOR 校驗）

自定義協議例子

<START>ID=001;CMD=READ;TEMP=25.6;HUM=78;<END>

<START>?起始標志
ID=001;CMD=READ;TEMP=25.6;HUM=78;?數據區，字段以 ; 分隔
<END>?結束標志

3.文本數據包的優缺點

優點：

人類可直接閱讀、調試方便（用串口助手就能看懂）
跨平臺性好，不依賴字節序
可直接使用字符串處理函數解析

缺點：

占用帶寬較大（字符比原始二進制長）
解析速度慢于固定結構的 HEX 數據包
對浮點數等類型需要額外轉換（ASCII ? 數值）

4.文本數據包的典型應用

串口調試協議（如 AT 命令、NMEA GPS 數據）
HTTP、MQTT 等網絡應用層協議
傳感器調試輸出
物聯網設備日志與命令傳輸

寄存器

在計算機和單片機（包括 STM32、51 單片機等）中，寄存器（Register）是位于 CPU 內部的一種容量極小、速度極快的存儲單元，用來臨時保存和控制數據、指令以及硬件狀態。

你可以把它想象成 CPU 手邊的“超高速便利貼”：

內存（RAM）像是在隔壁房間的倉庫，取數據需要跑過去
寄存器就在 CPU 旁邊，一伸手就能拿到

1.寄存器的分類

寄存器按用途大致分為兩大類：

① 通用寄存器

作用：臨時保存運算數據、中間結果
例子：x86 架構的 EAX、EBX，ARM 架構的 R0 ~ R12
特點：編譯器和匯編程序可以自由使用

② 特殊功能寄存器（SFR, Special Function Register）

作用：控制硬件外設、反映狀態
這些寄存器直接映射到硬件電路中，通過它們就能控制 GPIO、定時器、串口等功能
在 STM32 中，這些寄存器是內存映射寄存器，用地址訪問，比如：
```
GPIOA->ODR = 0x01; // 讓 PA0 輸出高電平
```
這里的 ODR（Output Data Register）就是 GPIO 的輸出數據寄存器。

2. 寄存器的特點

速度極快（比 RAM 還快）
容量很小（幾十到幾百個寄存器）
與 CPU/外設直接連接
通過位（bit）控制硬件功能

3. 寄存器在單片機中的例子

以 STM32F103 為例，假設要點亮 PA5 引腳上的 LED：

RCC->APB2ENR |= (1 << 2); // 開啟 GPIOA 時鐘
GPIOA->CRL &= ~(0xF << 20); // 清空 PA5 模式位
GPIOA->CRL |=  (0x1 << 20); // 設置 PA5 為推挽輸出
GPIOA->ODR |=  (1 << 5);    // 置位 PA5 輸出高電平

RCC->APB2ENR：外設時鐘使能寄存器
GPIOA->CRL：端口配置寄存器低位（控制 PA0~PA7）
GPIOA->ODR：輸出數據寄存器

這些寄存器本質上都是內存地址，比如 GPIOA->ODR 實際是：

0x4001080C

往這個地址寫 1，就等于給 PA5 腳送高電平。

4.用簡單比喻理解

寄存器：CPU 桌上的小便簽，拿取速度最快（直接操作）
RAM：隔壁房間的文件柜（速度較慢）
硬盤：地下倉庫（速度最慢）

C語言可變參數

C 語言可變參數（Variable Arguments）指的是一個函數在聲明時參數的數量不固定，可以根據調用時的需要傳入不同數量的實參。

最典型的例子就是標準庫中的 printf() 函數：

printf("Hello %s, age %d\n", "Tom", 18);

printf 的第一個參數是固定的格式化字符串，后面跟多少參數由格式字符串決定，這就是可變參數的用法。

一、、可變參數函數的聲明方式

在函數形參列表的末尾使用省略號 ... 表示：

#include <stdarg.h> // 必須包含的頭文件void myFunc(int count, ...); // count 表示后面有多少參數

固定參數：省略號前的部分，必須有至少一個固定參數（方便定位可變參數起點）。
可變參數：省略號 ... 表示數量和類型在編譯期不固定。

二、可變參數的原理

在 C 語言中，可變參數通過 棧傳遞，stdarg.h 提供了訪問它們的宏：

va_list?—— 保存參數信息的變量類型
va_start?—— 初始化 va_list，定位到可變參數起點
va_arg?—— 取出一個參數
va_end?—— 清理工作

三、可變參數函數實現示例

例如寫一個求任意數量整數和的函數：

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>// sum(count, ...): 傳入 count 個整數，返回它們的和
int sum(int count, ...) {va_list args;           // 定義參數列表變量va_start(args, count);  // 初始化，從 count 后的參數開始取int total = 0;for (int i = 0; i < count; i++) {total += va_arg(args, int); // 每次取出一個 int 參數}va_end(args);           // 清理return total;
}int main() {printf("%d\n", sum(3, 10, 20, 30)); // 輸出 60printf("%d\n", sum(5, 1, 2, 3, 4, 5)); // 輸出 15return 0;
}

四、注意事項

類型安全性差
編譯器無法檢查可變參數類型是否正確，比如 va_arg(args, int) 和實際類型不匹配會導致錯誤行為。
必須依賴固定參數來控制讀取數量
否則無法知道何時停止讀取。
跨平臺注意數據對齊
參數在棧上的對齊方式可能和平臺架構有關。
宏和可變參數
宏中也能用 ... 表示可變參數（C99 及之后）。

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>void show(int count, ...) {va_list args;va_start(args, count); // 定位到第一個可變參數for (int i = 0; i < count; i++) {int val = va_arg(args, int); // 依次取出一個 intprintf("%d\n", val);}va_end(args);
}int main() {show(3, 10, 20, 30);return 0;
}

內存棧圖示（調用 show(3, 10, 20, 30) 時）

假設我們是 x86 棧向下增長 的情況（地址從高到低），函數調用時的棧大致如下：

高地址
┌───────────────────────┐
│    返回地址            │ ← main 調用 show 后返回的地址
├───────────────────────┤
│ count = 3             │ ← 固定參數
├───────────────────────┤
│ 10                    │ ← 第1個可變參數
├───────────────────────┤
│ 20                    │ ← 第2個可變參數
├───────────────────────┤
│ 30                    │ ← 第3個可變參數
└───────────────────────┘
低地址

① va_start(args, count)

va_start 的作用是：
讓 args 指針指向 count 后面的第一個可變參數（10）
底層會用 count 在棧上的地址 + 它的大小（sizeof(count)）來得到可變參數的起點。
```
args ──? 10
```
② va_arg(args, int)
va_arg 做了兩件事：
1. 取出 args 當前指向位置的值（比如第一次是 10）
2. 將 args 移動到下一個參數的位置（加上 sizeof(int)）
取值過程：

第1次：args=10 → 返回10 → args指向20
第2次：args=20 → 返回20 → args指向30
第3次：args=30 → 返回30 → args指向結束位置

③ va_end(args)

va_end 主要是做清理，防止野指針問題（實際可能什么都不做，但必須寫）

? 總結：

va_start：定位到第一個可變參數
va_arg：取值并移動指針
va_end：結束可變參數處理
棧上參數是連續存放的，所以可以用指針依次取出

棧

定時器中斷

定時器中斷其實就是利用單片機（或 CPU）里的定時器硬件模塊，在設定的時間間隔自動觸發中斷服務函數，讓你在固定時間做某件事。

它結合了兩個東西：

定時器（硬件計時器）
中斷機制（硬件事件觸發 CPU 自動跳到某段代碼執行）

1.基本原理

可以把它想成一個廚房的鬧鐘：

你在鬧鐘上設定“10分鐘”
鬧鐘（定時器硬件）開始計時
時間一到，鬧鐘“叮”一下（產生中斷信號）
你（CPU）放下手里的事，去處理鬧鐘（執行中斷函數）
處理完再繼續原來的工作

在 STM32 或 51 單片機中：

定時器寄存器 控制定時周期
中斷控制器（NVIC）接收到定時器溢出事件后調用中斷服務函數（ISR）

2.定時器中斷的觸發流程

配置定時器參數
- 預分頻器（Prescaler）：降低時鐘頻率
- 自動重裝值（ARR）：定時器計數到這個值時溢出
使能定時器中斷
- 設置定時器的 UIE（更新中斷使能）位
- NVIC 使能對應的中斷通道
啟動定時器
計數溢出 → 觸發中斷請求（IRQ）
執行中斷服務函數（ISR）
- 在 ISR 中處理任務（如 LED 翻轉、計時器變量++ 等）
清除中斷標志
- 防止中斷反復觸發

3. STM32 定時器中斷示例

#include "stm32f10x.h"void TIM2_IRQHandler(void) {if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); // 清除中斷標志GPIOA->ODR ^= (1 << 5); // 翻轉 PA5}
}void Timer2_Init(void) {RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef gpio;gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &gpio);TIM_TimeBaseInitTypeDef tim;tim.TIM_Period = 9999; // ARRtim.TIM_Prescaler = 7199; // PSCtim.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;tim.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM2, &tim);TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}int main(void) {Timer2_Init();while (1) {// 主循環可做其他事}
}

上面例子里：