如何使用stm32 USB功能完成USB轉串口功能

1. 開發(fā)環(huán)境

使用stm32f103c8t6，HAL庫，使用CUBE自帶的USB庫。工程使用vscode+gcc編譯，工程文件在文末鏈接下載，提供makefile和keil兩個版本。

2. 功能介紹

使用stm32 USB功能完成USB轉串口功能，使用引腳配置如下：

使用USART1作為調試信息輸出，USART2作為串口輸出，LED為系統(tǒng)指示。

3. CubeMX 配置

設置系統(tǒng)時鐘為72MHZ，調試串口UASART1波特率為921600（選擇高波特率，少占用中斷時間），USART2波特率默認為115200，開啟中斷。

選擇USB Device功能，速度為默認全速USB設備12MHZ，并使能USB_DEVICE庫，選擇Virtual Port Com （虛擬串口，VPC），使用默認配置。

設置系統(tǒng)時鐘為72MHZ，然后生成工程。

4.軟件部分

使用cube生成的代碼編譯下載后，將USB插入電腦，在電腦設備管理器中將顯示新的串口設備（使用STM32的USB VPC時需要對應的驅動程序，驅動在程序也在文末的鏈接中）

在串口調試助手中，可打開或關閉串口，不過此時還沒有任何功能。

4.1 發(fā)送函數

接下來進行功能配置，虛擬串口的主要配置代碼在 src->usbd_cdc_if.c中，其中幾個重要函數為：

static?int8_t?CDC_Control_FS(uint8_t?cmd,?uint8_t*?pbuf,?uint16_t?length);
static?int8_t?CDC_Receive_FS(uint8_t*?Buf,?uint32_t?*Len);
uint8_t?CDC_Control_FS(uint8_t*?Buf,?uint16_t?Len);

uint8_t CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint16_t Len);函數用于向USB VPC發(fā)送數據，Buf為待發(fā)送的數據緩沖區(qū)地址，Len為待發(fā)送數據長度。

/*示例一，在main函數中的while循環(huán)中輸入下列代碼
????????在連接打開串口助手后可接收到數據*/
while(1)
{
????CDC_Control_FS((uint8_t?*)"hello
",6);
????HAL_Delay(1000);
}

在編譯下載后，將USB插入電腦，使用川酷哦調試助手將會每秒接收到一次"hello"。

4.2 USB上電重新枚舉

在使用上面代碼的時候存在一個問題：每次下載完程序后都需要重新拔插一次USB才可以識別串口，這是由于芯片在下載完程序后沒有重新枚舉所導致的。需要在設備上電后對USB進行重新枚舉即可，使用方法為將USB DP（PA12）引腳拉低一段時間后即可。

/*USB?重新枚舉函數*/
void?USB_Reset(void)
{
??????GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStruct?=?{0};
????__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
????GPIO_InitStruct.Pin?=?GPIO_PIN_12;
????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);
????HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
????HAL_Delay(100);
????HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
}

該函數使用時應放在USB初始化之前，或者使用其他IO控制三極管拉低電平。

?/*?Configure?the?system?clock?*/
??SystemClock_Config();

??/*?USER?CODE?BEGIN?SysInit?*/
??USB_Reset();
??/*?USER?CODE?END?SysInit?*/

??/*?Initialize?all?configured?peripherals?*/
??MX_GPIO_Init();
??MX_USART1_UART_Init();
??MX_USB_DEVICE_Init();
??MX_USART2_UART_Init();

重新下載上電后，可發(fā)現串口已重新枚舉識別，只需重新開啟串口調試助手即可。

4.3 USB接收函數

static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)為USB接收回調函數，在USB VPC接收到數據時，會進入該函數，在該函數中進行USB數據接收處理即可。

USB轉串口設備，需要在stm32的USB端接收到數據后轉發(fā)到stm32 串口端

static?int8_t?CDC_Receive_FS(uint8_t*?Buf,?uint32_t?*Len)
{
??/*?USER?CODE?BEGIN?6?*/
??extern?UART_HandleTypeDef?huart2,huart1;
??/*將USB接收到的數據轉發(fā)到USART2*/
??HAL_UART_Transmit_IT(&huart2,Buf,*Len);
??
??USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS,?&Buf[0]);
??USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
??return?(USBD_OK);
??/*?USER?CODE?END?6?*/
}

在stm32虛擬的串口中發(fā)送數據，可在stm32的USART2的TX引腳（PA2）收接收到數據。

4.4 設置USB虛擬串口波特率

在前面的發(fā)送和接收中，均不能進行波特率設置，usb發(fā)送到串口的數據波特率為默認值115200。USB的波特率配置在static int8_t CDC_Control_FS(uint8_t cmd, uint8_t* pbuf, uint16_t length)函數中，cmd為usb cdc的控制命令，pbuf為數據接收指針，length為數據長度。

當cmd為0x20時為設置虛擬串口波特率;

其接收到的數據一共七位，數據格式定義(小端模式)如下：

由于stm32芯片并不支持這么多串口參數，在無對應參數時使用默認配置。在接收到修改波特率命令后修改USART配置。

case?CDC_SET_LINE_CODING:
{
??????extern?UART_HandleTypeDef?huart2;
??????huart2.Init.BaudRate=*((uint32_t*)pbuf);
??????switch?(pbuf[4])
??????{
??????case?2:
????????huart2.Init.StopBits=UART_STOPBITS_2;
????????break;
??????default:
????????huart2.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1;
????????break;
??????}
??????switch?(pbuf[5])
??????{
??????case?1:
????????huart2.Init.Parity=UART_PARITY_ODD;
????????break;
??????case?2:
????????huart2.Init.Parity=UART_PARITY_EVEN;
????????break;
??????default:
????????huart2.Init.Parity=UART_PARITY_NONE;
????????break;
??????}

??????huart2.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B;
??????HAL_UART_Init(&huart2);
}
break;

配置完成后，在串口調試助手中修改波特率，可該改變對應串口數據輸出波特率，實測1.5M波特率可正常運行。