stm32f103串口操作（阿波罗STM32F767开发板资料连载第六十三章）

1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子

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第六十三章 USB 虚拟串口(Slave)实验

上一章我们向大家介绍了如何利用 STM32F7 的 USB 接口来做一个 USB 声卡，本章我们将

利用 STM32F7 的 USB 来做一个虚拟串口（VCP）。本章分为如下几个部分：

63.1 USB 虚拟串口简介

63.2 硬件设计

63.3 软件设计

63.4 下载验证

63.1 USB 虚拟串口简介

USB 虚拟串口，简称 VCP，是 Virtual COM Port 的简写，它是利用 USB 的 CDC 类来实现

的一种通信接口。

我们可以利用 STM32 自带的 USB 功能，来实现一个 USB 虚拟串口，从而通过 USB，实

现电脑与 STM32 的数据互传。上位机无需编写专门的 USB 程序，只需要一个串口调试助手即

可调试，非常实用。

同上一章一样，我们直接移植官方的 USB VCP 例程，官方例程路径：8，STM32 参考资料

STM32 USB 学习资料STM32_USB-Host-Device_Lib_V2.2.0ProjectUSB_Devic

e_ExamplesVCP，该例程采用 USB CDC 类来实现，利用 STM32 的 USB 接口，实现一个 USB

转串口的功能。

63.2 硬件设计

本章实验功能简介：本实验利用 STM32 自带的 USB 功能，连接电脑 USB,虚拟出一个 USB

串口，实现电脑和开发板的数据通信。本例程功能完全同实验 3（串口通信实验），只不过串

口变成了 STM32 的 USB 虚拟串口。当 USB 连接电脑（USB 线插入 USB_SLAVE 接口），开

发板将通过 USB 和电脑建立连接，并虚拟出一个串口（注意：需要先安装:光盘\6，软件资料\1，

软件\STM32 USB 虚拟串口驱动\VCP_V1.4.0_Setup.exe 这个驱动软件），USB 和电脑连接成

功后，DS1 常亮。

在找到虚拟串口后，即可打开串口调试助手，实现同实验 3 一样的功能，即：STM32 通

过 USB 虚拟串口和上位机对话，STM32 在收到上位机发过来的字符串（以回车换行结束）后，

原原本本的返回给上位机。下载后，DS0 闪烁，提示程序在运行，同时每隔一定时间，通过

USB 虚拟串口输出一段信息到电脑。

所要用到的硬件资源如下：

1）指示灯 DS0 、DS1

2）串口

3） LCD 模块

4） USB SLAVE 接口

这几个部分，在之前的实例中都已经介绍过了，我们在此就不多说了。这里再次提醒大家，

P10 的连接，要通过跳线帽连接 PA11 和 D-以及 PA12 和 D 。

63.3 软件设计

本章，我们在第三十章 IO 扩展实验（实验 25）的基础上修改，先打开实验 25 的工程，在

HARDWARE 文件夹所在文件夹下新建一个 USB 的文件夹，同上一章一样，对照官方 VCP 例子，将相关文件拷贝到 USB 文件夹下。

然后，我们在工程里面去掉一些不必要的代码，并添加 USB 相关代码，最终得到如图 63.3.1

所示的工程：

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图 63.3.1 USB 虚拟串口工程截图

可以看到，USB 部分代码，同上一章的在结构上是一模一样的，只是.c 文件稍微有些变化。

同样，我们移植需要修改的代码，就是 USB_APP 里面的这四个.c 文件了。

其中 usb_bsp.c 和 usbd_usr.c 的代码，和上一章基本一样，可以用上一章的代码直接替换即

可正常使用。

usb_desc.c 代码，同上一章不一样，上一章描述符是大容量存储设备，本章变成了 USB 声

卡了，所以直接用 ST 官方的就行。

最后 usbd_cdc_vcp.c，这里面的代码，是重点要修改的，修改后代码如下：

//USB 虚拟串口相关配置参数 LINE_CODING linecoding = { 115200, //波特率 0x00, //停止位,默认 1 位 0x00, //校验位,默认无 0x08 //数据位,默认 8 位 }; u8 USART_PRINTF_Buffer[USB_USART_REC_LEN]; //usb_printf 发送缓冲区 //用类似串口 1 接收数据的方法,来处理 USB 虚拟串口接收到的数据. u8 USB_USART_RX_BUF[USB_USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大 USART_REC_LEN 个字节. //接收状态 //bit15，接收完成标志 //bit14，接收到 0x0d //bit13~0，接收到的有效字节数目 u16 USB_USART_RX_STA=0; //接收状态标记 extern uint8_t APP_Rx_Buffer []; //虚拟串口发送缓冲区(发给电脑) extern uint32_t APP_Rx_ptr_in; //虚拟串口接收缓冲区(接收来自电脑的数据) //虚拟串口配置函数(供 USB 内核调用) CDC_IF_Prop_TypeDef VCP_fops = { VCP_Init, VCP_DeInit, VCP_Ctrl, VCP_DataTx, VCP_DataRx }; //初始化 VCP //返回值:USBD_OK uint16_t VCP_Init(void) { return USBD_OK; } //复位 VCP //返回值:USBD_OK uint16_t VCP_DeInit(void) { return USBD_OK; } //控制 VCP 的设置 //buf:命令数据缓冲区/参数保存缓冲区 //len:数据长度 //返回值:USBD_OK uint16_t VCP_Ctrl (uint32_t Cmd, uint8_t* Buf, uint32_t Len) { switch (Cmd) { case SEND_ENCAPSULATED_COMMAND:break; case GET_ENCAPSULATED_RESPONSE:break; case SET_COMM_FEATURE:break; case GET_COMM_FEATURE:break; case CLEAR_COMM_FEATURE:break; case SET_LINE_CODING: linecoding.bitrate = (uint32_t)(Buf[0] | \ (Buf[1] << 8) | (Buf[2] << 16) | (Buf[3] << 24)); linecoding.format = Buf[4]; linecoding.paritytype = Buf[5]; linecoding.datatype = Buf[6]; //打印配置参数 printf("linecoding.format:%d\r\n",linecoding.format); printf("linecoding.paritytype:%d\r\n",linecoding.paritytype); printf("linecoding.datatype:%d\r\n",linecoding.datatype); printf("linecoding.bitrate:%d\r\n",linecoding.bitrate); break; case GET_LINE_CODING: Buf[0] = (uint8_t)(linecoding.bitrate); Buf[1] = (uint8_t)(linecoding.bitrate >> 8); Buf[2] = (uint8_t)(linecoding.bitrate >> 16); Buf[3] = (uint8_t)(linecoding.bitrate >> 24); Buf[4] = linecoding.format; Buf[5] = linecoding.paritytype; Buf[6] = linecoding.datatype; break; case SET_CONTROL_LINE_STATE:break; case SEND_BREAK:break; default:break; } return USBD_OK; } //发送一个字节给虚拟串口(发给电脑) //data:要发送的数据 //返回值:USBD_OKuint16_t VCP_DataTx (uint8_t data) { APP_Rx_Buffer[APP_Rx_ptr_in]=data; //写入发送 buf APP_Rx_ptr_in ; //写位置加 1 if(APP_Rx_ptr_in==APP_RX_DATA_SIZE) //超过 buf 大小了,归零. { APP_Rx_ptr_in = 0; } return USBD_OK; } //处理从 USB 虚拟串口接收到的数据 //databuffer:数据缓存区 //Nb_bytes:接收到的字节数. //返回值:USBD_OK uint16_t VCP_DataRx (uint8_t* Buf, uint32_t Len) { u8 i; u8 res; for(i=0;i<Len;i ) { res=Buf[i]; if((USB_USART_RX_STA&0x8000)==0) //接收未完成 { if(USB_USART_RX_STA&0x4000) //接收到了 0x0d { if(res!=0x0a)USB_USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始 else USB_USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了 }else //还没收到 0X0D { if(res==0x0d)USB_USART_RX_STA|=0x4000; else { USB_USART_RX_BUF[USB_USART_RX_STA&0X3FFF]=res; USB_USART_RX_STA ; if(USB_USART_RX_STA>(USB_USART_REC_LEN-1))\ USB_USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收 } } } } return USBD_OK; } //usb 虚拟串口,printf 函数//确保一次发送数据不超 USB_USART_REC_LEN 字节 void usb_printf(char* fmt,...) { u16 i,j; va_list ap; va_start(ap,fmt); vsprintf((char*)USART_PRINTF_Buffer,fmt,ap); va_end(ap); i=strlen((const char*)USART_PRINTF_Buffer);//此次发送数据的长度 for(j=0;j<i;j )//循环发送数据 { VCP_DataTx(USART_PRINTF_Buffer[j]); } }

此部分总共 6 个函数，其中前 5 个函数，用于初始化 VCP_fops 结构体，给 USB 内核

调用，以实现相关功能。接下来我们分别介绍这几个函数。

VCP_Init 用于初始化 VCP，在初始化的时候由 USB 内核调用，这里我们无需任何操作，

所以直接范围 USBD_OK 即可。

VCP_DeInit 用于复位 VCP，我们用不到，所以直接返回 USBD_OK 即可。

VCP_Ctrl 用于控制 VCP 的相关参数，根据 cmd 的不同，执行不同的操作，这里主要用到

SET_LINE_CODING 命令，该命令用于设置 VCP 的相关参数，比如波特率、数据类型（位数）、

校验类型（奇偶校验）等，保存在 linecoding 结构体里面，在需要的时候，应用程序可以读取

linecoding 结构体里面的参数，以获得当前 VCP 的相关信息。

VCP_DataTx 用于发送一个字节的数据给 VCP，应用程序每调用一次该函数，就可以发送

一个字节给 VCP，由 VCP 通过 USB 传输给电脑，实现 VCP 的数据发送。

VCP_DataRx 用于 VCP 的数据接收，当 STM32 的 USB 接收到电脑端串口发送过来的数据

时，由 USB 内核程序调用该函数，实现 VCP 的数据接收。我们只需要在该函数里面，将接收

到的数据，保存起来即可，接收的原理同第八章（实验 3 串口通信实验）完全一样。

usb_printf 用于实现和普通串口一样的 printf 操作，该函数将数据格式化输出到 USB VCP，

功能完全同 printf，方便大家使用。

USB VCP 相关代码，就给大家介绍到这里，详细的介绍，请大家参考：CD00289278.pdf

这个文档。

最后在 main.c 里面，我们修改 main 函数如下：

USB_OTG_CORE_HANDLE USB_OTG_dev; extern vu8 bDeviceState; //USB 连接情况 int main(void) { u16 t; u16 len; u16 times=0; u8 usbstatus=0; Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz delay_init(216); //延时初始化 uart_init(115200); //串口初始化 LED_Init(); //初始化 LED KEY_Init(); //初始化按键 SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM LCD_Init(); //初始化 LCD W25QXX_Init(); //初始化 W25Q256 PCF8574_Init(); //初始化 PCF8574 POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"USB Virtual USART TEST"); LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/8/10"); LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connecting...");//提示 USB 开始连接 USBD_Init(&USB_OTG_dev,USB_OTG_FS_CORE_ID,&USR_desc, &USBD_CDC_cb,&USR_cb); while(1) { if(usbstatus!=bDeviceState)//USB 连接状态发生了改变. { usbstatus=bDeviceState;//记录新的状态 if(usbstatus==1) { POINT_COLOR=BLUE; LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connected ");//提示连接成功 LED1(0);//DS1 亮 }else { POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB disConnected ");//提示 USB 断开 LED1(1);//DS1 灭 } } if(USB_USART_RX_STA&0x8000) { len=USB_USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度 usb_printf("\r\n 您发送的消息为:%d\r\n\r\n",len); for(t=0;t<len;t ) { VCP_DataTx(USB_USART_RX_BUF[t]);//以字节方式,发送给 USB } usb_printf("\r\n\r\n");//插入换行 USB_USART_RX_STA=0; }else { times ; if(timesP00==0) { usb_printf("\r\n 阿波罗 STM32F4/F7 开发板 USB 虚拟串口实验\r\n"); usb_printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n"); } if(times 0==0)usb_printf("请输入数据,以回车键结束\r\n"); if(times0==0)LED0_Toggle;//闪烁 LED,提示系统正在运行. delay_ms(10); } } }

此部分代码比较简单，同上一章一样定义了 USB_OTG_dev 结构体，然后通过 USBD_Init

初始化 USB，不过本章实现的是 USB 虚拟串口的功能。然后在死循环里面轮询 USB 状态并检

查是否接收到数据，如果接收到了数据，则通过 VCP_DataTx 将数据通过 VCP 原原本本的返回

给电脑端串口调试助手。

其他部分我们就不详细介绍了，软件设计部分就为大家介绍到这里。

63.4 下载验证

本例程的测试，需要在电脑上先安装 ST 提供的 USB 虚拟串口驱动软件，该软件路径：光

盘6，软件资料1，软件STM32 USB 虚拟串口驱动VCP_V1.4.0_Setup.exe，双击安装即

可。

然后，在代码编译成功之后，我们下载代码到阿波罗 STM32 开发板上，然后将 USB 数据

线，插入 USB_SLAVE 口，连接电脑和开发板（注意：不是插 USB_232 端口！），此时电脑会

提示找到新硬件，并自动安装驱动。不过，如果自动安装不成功（有惊叹号），如图 63.4.1 所示：