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本章节主要为大家讲解Matlab的串口方式波形数据传输和后期数据分析功能,非常实用。
9.1 初学者重要提示
9.2 程序设计框架
9.3 下位机STM32H7程序设计
9.4 上位机Matlab程序设计
9.5 Matlab上位机程序运行
9.6 实验例程说明(MDK)
9.7 实验例程说明(IAR)
9.8 总结
1、 测试本章节例程注意事项。
2、 函数delete(instrfindall);
如果不用matlab了,请在matlab的命令输入窗口调用此函数,防止matlab一直占用串口。
上位机和下位机的程序设计框架如下:
上位机和下位机做了一个简单的同步,保证数据通信不出错。
STM32H7端的程序设计思路。
为了方便数据发送,专门设计了一个数据格式:
__packed typedef struct
{
uint16_t data1;
uint16_t data2;
uint16_t data3;
uint8_t data4;
uint8_t data5;
uint8_t data6;
uint8_t data7;
}
SENDPARAM_T;
SENDPARAM_T g_SendData;
为了保证数据的连续存储,特地在前面加了一个关键词__packed。关于结构体变量占用多少字节问题,此贴进行了详细说明:http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=89103 。
Matlab发送同步信号$(ASCII编码值是13)给开发板。
int main(void)
{
/* 省略未写,仅留下关键代码 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
if (comGetChar(COM1, &read))
{
/* 接收到同步帧'$'*/
if(read == 13)
{
bsp_LedToggle(4);
bsp_DelayMS(10);
Serial_sendDataMATLAB();
}
}
}
}
通过函数comGetChar获取串口接收到的数据,如果数值是13,说明接收到Matlab发送过来的同步信号了。
这里要注意一点,程序这里接收到同步信号后,延迟了10ms再发数据给matlab,主要是因为matlab的波形刷新有点快,程序这里每发送给matlab一次数据,matlab就会刷新一次,10ms就相当于100Hz的刷新率,也会有一定的闪烁感。
下面是给Matlab回复同步信号和相应数据的实现:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: Serial_sendDataMATLAB
* 功能说明: 发送串口数据给matlab
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void Serial_sendDataMATLAB(void)
{
/* 先发同步信号'$' */
comSendChar(COM1, 13);
/* 发送数据,一共10个字节 */
g_SendData.data1 = rand()%65536;
g_SendData.data2 = rand()%65536;
g_SendData.data3 = rand()%65536;
g_SendData.data4 = rand()%256;
g_SendData.data5 = rand()%256;
g_SendData.data6 = rand()%256;
g_SendData.data7 = rand()%256;
comSendBuf(COM1, (uint8_t *)&g_SendData, 10);
}
开发板接收到同步信号后,会回应一个同步信号,然后将10个字节的数据发送给matlab。通过这三步就完成了STM32H7端的程序设计。
Matlab端的程序设计要略复杂些,需要大家理解matlab端的API。具体说明可以看如下地址:
https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/serial-port-devices.html 。
下面操作是配置并打开串口:
close all
clear all
%删除所有已经打开的串口,这条很重要,防止之前运行没有关闭串口
delete(instrfindall);
%打开串口COM1,波特率115200,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验,无流控制
s = serial('COM1', 'BaudRate', 115200, 'DataBits', 8, 'StopBits', 1, 'Parity', 'none', 'FlowControl', 'none');
s.ReadAsyncMode = 'continuous';
fopen(s);
fig = figure(1);
这里有以下几点需要大家了解:
这个函数比较重要,防止上次matlab操作串口,结束时没有关闭串口。通过这个函数会将其关闭。
大家要特别注意打开的COM序号,务必要根据实际使用的COM号进行设置。
通过函数fopen打开串口。
程序里面对这些变量的注释已经比较详细:
AxisMax = 65536; %坐标轴最大值
AxisMin = -65536; %坐标轴最小值
window_width = 800; %窗口宽度
g_Count =0; %接收到的数据计数
SOF = 0; %同步帧标志
AxisValue = 1; %坐标值
RecDataDisp = zeros(1,100000); %开辟100000个数据单元,用于存储接收到的数据。
RecData = zeros(1,100); %开辟100个数据单元,用于数据处理。
Axis = zeros(1,100000); %开辟100000个数据单元,用于X轴。
window = window_width * (-0.9); %窗口X轴起始坐标
axis([window, window + window_width, AxisMin, AxisMax]); %设置窗口坐标范围
%子图1显示串口上传的数据
subplot(2,1,1);
grid on;
title('串口数据接收');
xlabel('时间');
ylabel('数据');
%子图2显示波形的幅频响应
subplot(2,1,2);
grid on;
title( 'FFT');
xlabel( '频率');
ylabel( '幅度');
Fs = 100; % 采样率
N = 50; % 采样点数
n = 0:N-1; % 采样序列
f = n * Fs / N; %真实的频率
这里有以下几点需要大家了解:
这几个变量专门开辟好了数据空间,防止matlab警告和刷新波形慢的问题,大家根据需要可以进行加大。
这个地方要根据实际的情况进行设置。
这部分代码比较关键,matlab先发送同步信号$出去,然后等待开发板回复同步信号$,并读取本次通信的数据。
%设置同步信号标志, = 1表示接收到下位机发送的同步帧
SOF = 0;
%发送同步帧
fwrite(s, 13);
%获取是否有数据
bytes = get(s, 'BytesAvailable');
if bytes == 0
bytes = 1;
end
%读取下位机返回的所有数据
RecData = fread(s, bytes, 'uint8');
%检索下位机返回的数据中是否有字符$
StartData = find(RecData == 13);
%如果检索到$,读取10个字节的数据,也就是5个uint16的数据
if(StartData >= 1)
RecData = fread(s, 5, 'uint16');
SOF =1;
StartData = 0;
end
这里有以下几点需要大家了解:
用于发送同步信号$(ASCII值是13)。
用于获取串口缓冲中的字节数。
将串口缓冲的数据读取输出。
检索接收到串口数据中是否有同步信号$。
如果检索到$,继续读取10个字节的数据,也就是5个uint16的数据。
下面matlab的数据显示波形
%更新接收到的数据波形
if(SOF == 1)
%更新数据
RecDataDisp(AxisValue) = RecData(1);
RecDataDisp(AxisValue + 1) = RecData(2);
RecDataDisp(AxisValue + 2) = RecData(3);
RecDataDisp(AxisValue + 3) = RecData(4);
RecDataDisp(AxisValue + 4) = RecData(5);
%更新X轴
Axis(AxisValue) = AxisValue;
Axis(AxisValue + 1) = AxisValue + 1;
Axis(AxisValue + 2) = AxisValue + 2;
Axis(AxisValue + 3) = AxisValue + 3;
Axis(AxisValue + 4) = AxisValue + 4;
%更新变量
AxisValue = AxisValue + 5;
g_Count = g_Count + 5;
%绘制波形
subplot(2,1,1);
plot(Axis(1:AxisValue-1), RecDataDisp(1:AxisValue-1), 'r');
window = window + 5;
axis([window, window + window_width, AxisMin, AxisMax]);
grid on;
title('串口数据接收');
xlabel('时间');
ylabel('数据');
drawnow
end
这里有以下几点需要大家了解:
这里要尤其注意,matlab的数组索引是从1开始的,也是开头直接定义AxisValue = 1的原因。
这里plot的实现尤其重要,务必要注意坐标点和数值个数要匹配。
FFT部分会在在后面章节为大家详细讲解,这里也做个说明,这里是每接收够50个数据,做一次FFT:
if(g_Count== 50)
subplot(2,1,2);
%对原始信号做 FFT 变换
y = fft(RecDataDisp(AxisValue-50:AxisValue-1), 50);
%求 FFT 转换结果的模值
Mag = abs(y)*2/N;
%绘制幅频相应曲线
plot(f, Mag, 'r');
grid on;
title( 'FFT');
xlabel( '频率');
ylabel( '幅度');
g_Count = 0;
drawnow
end
M文件的程序代码在例子V7-203_Matlab串口波形刷新和数据分析m文件里面。M文件的运行方法在第4章的4.2小节有详细说明。
配套例子:
V7-202_Matlab的串口通信实现
实验目的:
实验内容:
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题
上电后串口打印的信息:
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1
Matlab的上位机效果:
程序设计:
系统栈大小分配:
RAM空间用的DTCM:
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参:无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/* 配置MPU */
MPU_Config();
/* 使能L1 Cache */
CPU_CACHE_Enable();
/*
STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到400MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder:
- 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
- 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
MPU配置和Cache配置:
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: MPU_Config
* 功能说明: 配置MPU
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
/* 禁止 MPU */
HAL_MPU_Disable();
/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000;
MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/*使能 MPU */
HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: CPU_CACHE_Enable
* 功能说明: 使能L1 Cache
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
/* 使能 I-Cache */
SCB_EnableICache();
/* 使能 D-Cache */
SCB_EnableDCache();
}
主功能:
主程序实现如下操作:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
uint8_t read;
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */
bsp_StartAutoTimer(0, 50); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
if (comGetChar(COM1, &read))
{
/* 接收到同步帧'$'*/
if(read == 13)
{
bsp_LedToggle(4);
bsp_DelayMS(100);
Serial_sendDataMATLAB();
}
}
/* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现,我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下 */
printf("K1键按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K1: /* K1键弹起 */
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下 */
printf("K2键按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K2: /* K2键弹起 */
printf("K2键弹起\r\n");
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下 */
printf("K3键按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K3: /* K3键弹起 */
printf("K3键弹起\r\n");
break;
default:
/* 其它的键值不处理 */
break;
}
}
}
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: Serial_sendDataMATLAB
* 功能说明: 发送串口数据给matlab
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void Serial_sendDataMATLAB(void)
{
/* 先发同步信号'$' */
comSendChar(COM1, 13);
/* 发送数据,一共10个字节 */
g_SendData.data1 = rand()%65536;
g_SendData.data2 = rand()%65536;
g_SendData.data3 = rand()%65536;
g_SendData.data4 = rand()%256;
g_SendData.data5 = rand()%256;
g_SendData.data6 = rand()%256;
g_SendData.data7 = rand()%256;
comSendBuf(COM1, (uint8_t *)&g_SendData, 10);
}
配套例子:
V7-202_Matlab的串口通信实现
实验目的:
实验内容:
上电后串口打印的信息:
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1
Matlab的上位机效果:
程序设计:
系统栈大小分配:
RAM空间用的DTCM:
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参:无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/* 配置MPU */
MPU_Config();
/* 使能L1 Cache */
CPU_CACHE_Enable();
/*
STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到400MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder:
- 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
- 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
MPU配置和Cache配置:
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: MPU_Config
* 功能说明: 配置MPU
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
/* 禁止 MPU */
HAL_MPU_Disable();
/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000;
MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/*使能 MPU */
HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: CPU_CACHE_Enable
* 功能说明: 使能L1 Cache
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
/* 使能 I-Cache */
SCB_EnableICache();
/* 使能 D-Cache */
SCB_EnableDCache();
}
主功能:
主程序实现如下操作:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
uint8_t read;
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */
bsp_StartAutoTimer(0, 50); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
if (comGetChar(COM1, &read))
{
/* 接收到同步帧'$'*/
if(read == 13)
{
bsp_LedToggle(4);
bsp_DelayMS(100);
Serial_sendDataMATLAB();
}
}
/* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现,我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下 */
printf("K1键按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K1: /* K1键弹起 */
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下 */
printf("K2键按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K2: /* K2键弹起 */
printf("K2键弹起\r\n");
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下 */
printf("K3键按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K3: /* K3键弹起 */
printf("K3键弹起\r\n");
break;
default:
/* 其它的键值不处理 */
break;
}
}
}
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: Serial_sendDataMATLAB
* 功能说明: 发送串口数据给matlab
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void Serial_sendDataMATLAB(void)
{
/* 先发同步信号'$' */
comSendChar(COM1, 13);
/* 发送数据,一共10个字节 */
g_SendData.data1 = rand()%65536;
g_SendData.data2 = rand()%65536;
g_SendData.data3 = rand()%65536;
g_SendData.data4 = rand()%256;
g_SendData.data5 = rand()%256;
g_SendData.data6 = rand()%256;
g_SendData.data7 = rand()%256;
comSendBuf(COM1, (uint8_t *)&g_SendData, 10);
}
本章讲解的例程非常实用,需要大家熟练掌握。