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news 2026/4/6 15:23:45

智通人才网东莞最新招聘信息官网,seo关键字优化,视频直播软件,巴中微信网站建设这里写目录标题下位机与PID调试助手传输的原理代码讲解(基于正点原子)解析数据接受和数据发送的底层函数数据接受数据帧格式环形数组以及怎么找到它的帧头位置crc校验数据发送数据上传函数通过前两节文章，我已经了解了基本的pid算法，现在在完成了电机…

这里写目录标题

下位机与PID调试助手传输的原理
代码讲解(基于正点原子)
解析数据接受和数据发送的底层函数
- 数据接受
- - 数据帧格式
  - 环形数组以及怎么找到它的帧头位置
  - crc校验
- 数据发送
- - 数据上传函数

通过前两节文章，我已经了解了基本的pid算法，现在在完成了电机编码测速，pid控制电机转速的前提，我们来解析一下下位机是如何pid调试助手进行数据传递的.

下位机与PID调试助手传输的原理

首先用c#写一个PID调试助手，然后拟定好传递数据的通信协议，然后下位机配置好串口，下位机使用串口发送指令给上位机解析(按照通信协议),上位机发送数据，下位通过串口接受到上位机传来的指令，进行解析。

代码讲解(基于正点原子)

正点原子的代码使F4系列的，我修改成了stm32F103ZET6的板子代码，
现在我们先来讲一讲函数怎么调用.

首先看到主函数里的程序。

/******************************************************************************************************* @file        main.c* @author      正点原子团队(ALIENTEK)* @version     V1.0* @date        2021-10-16* @brief       直流有刷电机速度环PID控制 实验* @license     Copyright (c) 2020-2032, 广州市星翼电子科技有限公司***************************************************************************************************** @attention** 实验平台:正点原子 F407电机开发板* 在线视频:www.yuanzige.com* 技术论坛:www.openedv.com/forum.php* 公司网址:www.alientek.com* 购买地址:openedv.taobao.com******************************************************************************************************/#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/DC_MOTOR/dc_motor.h"
#include "./BSP/ADC/adc.h"
#include "./BSP/TIMER/dcmotor_tim.h"
#include "./BSP/PID/pid.h"
#include "./DEBUG/debug.h"extern uint8_t  g_run_flag;void lcd_dis(void);int main(void)
{uint8_t key;uint16_t t;uint8_t debug_cmd = 0;HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);     /* 设置时钟,168Mhz */delay_init(168);                        /* 延时初始化 */usart_init(115200);                     /* 串口1初始化，用于上位机调试 */led_init();                             /* 初始化LED */lcd_init();                             /* 初始化LCD */key_init();                             /* 初始化按键 */pid_init();                             /* 初始化PID参数 */atim_timx_cplm_pwm_init(8400 - 1 , 0);  /* 168 000 000 / 1 = 168 000 000 168Mhz的计数频率，计数8400次为50us */dcmotor_init();                         /* 初始化电机 */gtim_timx_encoder_chy_init(0XFFFF, 0);  /* 编码器定时器初始化，不分频直接84M的计数频率 */btim_timx_int_init(1000 - 1 , 84 - 1);  /* 基本定时器初始化，1ms计数周期 */#if DEBUG_ENABLE                            /* 开启调试 */debug_init();                           /* 初始化调试 */debug_send_motorcode(DC_MOTOR);         /* 上传电机类型（直流有刷电机） */debug_send_motorstate(IDLE_STATE);      /* 上传电机状态（空闲） *//* 同步数据（选择第1组PID,目标速度地址,P,I,D参数）到上位机 */debug_send_initdata(TYPE_PID1, (float *)(&g_speed_pid.SetPoint), KP, KI, KD);#endifg_point_color = WHITE;g_back_color  = BLACK;lcd_show_string(10, 10, 200, 16, 16, "DcMotor Test", g_point_color);lcd_show_string(10, 30, 200, 16, 16, "KEY0:Start forward", g_point_color);lcd_show_string(10, 50, 200, 16, 16, "KEY1:Start backward", g_point_color);lcd_show_string(10, 70, 200, 16, 16, "KEY2:Stop", g_point_color);while (1){key = key_scan(0);                                  /* 按键扫描 */if(key == KEY0_PRES)                                /* 当key0按下 */{g_run_flag = 1;                                 /* 标记电机启动 */g_speed_pid.SetPoint += 30;if (g_speed_pid.SetPoint == 0){dcmotor_stop();                             /* 停止则立刻响应 */g_motor_data.motor_pwm = 0;motor_pwm_set(g_motor_data.motor_pwm);      /* 设置电机方向、转速 */}else{dcmotor_start();                            /* 开启电机 */if (g_speed_pid.SetPoint >= 300)            /* 限速 */{g_speed_pid.SetPoint = 300;}
#if DEBUG_ENABLEdebug_send_motorstate(RUN_STATE);           /* 上传电机状态（运行） */
#endif}}else if(key == KEY1_PRES)                           /* 当key1按下 */{g_run_flag = 1;                                 /* 标记电机启动 */g_speed_pid.SetPoint -= 30;if (g_speed_pid.SetPoint == 0){dcmotor_stop();                             /* 停止则立刻响应 */g_motor_data.motor_pwm = 0;motor_pwm_set(g_motor_data.motor_pwm);      /* 设置电机方向、转速 */}else{dcmotor_start();                            /* 开启电机 */if (g_speed_pid.SetPoint <= -300)           /* 限速 */{g_speed_pid.SetPoint = -300;}
#if DEBUG_ENABLEdebug_send_motorstate(RUN_STATE);           /* 上传电机状态（运行） */
#endif}}else if(key == KEY2_PRES)                           /* 当key2按下 */{dcmotor_stop();                                 /* 停止电机 */pid_init();                                     /* 重置pid参数 */g_run_flag = 0;                                 /* 标记电机停止 */g_motor_data.motor_pwm = 0;motor_pwm_set(g_motor_data.motor_pwm);          /* 设置电机转向、速度 */#if DEBUG_ENABLEdebug_send_motorstate(BREAKED_STATE);           /* 上传电机状态（刹车） */debug_send_initdata(TYPE_PID1, (float *)(&g_speed_pid.SetPoint), KP, KI, KD);           /* 同步数据到上位机 */
#endif}#if DEBUG_ENABLE/* 查询接收PID助手的PID参数 */debug_receive_pid(TYPE_PID1, (float *)&g_speed_pid.Proportion,(float *)&g_speed_pid.Integral, (float *)&g_speed_pid.Derivative);debug_set_point_range(300, -300, 300);              /* 设置目标速度范围 */debug_cmd = debug_receive_ctrl_code();              /* 读取上位机指令 */if (debug_cmd == BREAKED)                           /* 电机刹车 */{dcmotor_stop();                                 /* 停止电机 */pid_init();                                     /* 重置pid参数 */g_run_flag = 0;                                 /* 标记电机停止 */g_motor_data.motor_pwm = 0;motor_pwm_set(g_motor_data.motor_pwm);          /* 设置电机转向、速度 */debug_send_motorstate(BREAKED_STATE);           /* 上传电机状态（刹车） */debug_send_initdata(TYPE_PID1, (float *)(&g_speed_pid.SetPoint), KP, KI, KD);} else if (debug_cmd == RUN_CODE)                     /* 电机运行 */{  dcmotor_start();                                /* 开启电机 */g_speed_pid.SetPoint = 30;                      /* 设置目标速度：30 RPM */g_run_flag = 1;                                 /* 标记电机启动 */debug_send_motorstate(RUN_STATE);               /* 上传电机状态（运行） */}
#endift++;if(t % 20 == 0){lcd_dis();                                      /* 显示数据 */LED0_TOGGLE();                                  /*LED0(红灯) 翻转*/
#if DEBUG_ENABLEdebug_send_speed(g_motor_data.speed);           /* 发送速度 */
#endif}delay_ms(10);}
}/*** @brief       数据显示函数* @param       无* @retval      无*/
void lcd_dis(void)
{char buf[32];/* 显示占空比（正负号为电机方向） */sprintf(buf, "PWM_Duty:%.1f%c  ", (float)(g_motor_data.motor_pwm * 100 / 8400), '%');lcd_show_string(10, 150, 200, 16, 16, buf, g_point_color);/* 设置的目标速度 */sprintf(buf, "Set Speed :%3d RPM ", (int16_t)g_speed_pid.SetPoint);lcd_show_string(10, 180, 200, 16, 16, buf, g_point_color); /* 电机实际速度 */sprintf(buf, "Speed :%3d RPM ", (int16_t)g_motor_data.speed);lcd_show_string(10, 210, 200, 16, 16, buf, g_point_color);
}

#if DEBUG_ENABLE                            /* 开启调试 */debug_init();                           /* 初始化调试 */debug_send_motorcode(DC_MOTOR);         /* 上传电机类型（直流有刷电机） */debug_send_motorstate(IDLE_STATE);      /* 上传电机状态（空闲） *//* 同步数据（选择第1组PID,目标速度地址,P,I,D参数）到上位机 */debug_send_initdata(TYPE_PID1, (float *)(&g_speed_pid.SetPoint), KP, KI, KD);#endif

首先初始化调试，就是将用来存放参数的结构体变量清零。
接着上传下电机类型
上传电机状态，
把此时Kp,Ki,Kd的值发给pid调试助手。
在这里插入图片描述
上传数据的函数。
这里我只上传了电机的速度，差不多200ms上传一次。
请添加图片描述
发送波形函数
这里我上传实际速度，目标速度，占空比值，每50ms上传一次
这里我上传三个通道，
通道1上传实际速度，
通道2上传目标速度
通道3上传占空比

请添加图片描述

接受上位机发送数据函数

这里设定目标范围，已经设定目标的变化上限。
读取上位机指令。
判断指令是否是刹车，然后执行相关操作。
判断指令是否是运行，然后执行相关操作。
请添加图片描述

在主函数的while循环里一直调用这些函数。请添加图片描述

请添加图片描述

解析数据接受和数据发送的底层函数

数据接受

通过串口来接收上位机发来的数据包(中断接收），只要上位机一发送数据，就会产生串口中断，然后在接受中断回调函数里族逐个字节来接收数据，并解析数据。

请添加图片描述

数据帧格式

请添加图片描述

/*** @brief       上位机数据解析* @param       *data：接收的数据（地址）* @note        利用环形缓冲区来接收数据，再存进相应的结构体成员中* @retval      无*/
void debug_handle(uint8_t *data)
{uint8_t temp[DEBUG_REV_MAX_LEN];uint8_t i;if (debug_rev_p >= DEBUG_REV_MAX_LEN)          /* 超过缓冲区（数组）最大长度 */{debug_rev_p = 0;                           /* 地址偏移量清零 */}debug_rev_data[debug_rev_p] = *(data);         /* 取出数据，存进数组 */if (*data == DEBUG_DATA_END)                   /* 判断是否收到帧尾 */{if (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 4) % DEBUG_REV_MAX_LEN] == DEBUG_DATA_HEAD)                        /* 数据包长度为5个字节，判断第一个字节是否为帧头 */{for (i = 0; i < 2; i++){temp[i] = debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 4 + i) % DEBUG_REV_MAX_LEN];                         /* 取出帧头、数据类别，5个字节的数据包没有数据域 */}#if EN_CRC                                         /* 进行CRC校验 */if (crc16_calc(temp, 2) == ((debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 4 + 2) % DEBUG_REV_MAX_LEN] << 8) | \debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 4 + 3) % DEBUG_REV_MAX_LEN]))
#endif{if (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 4 + 1) % DEBUG_REV_MAX_LEN] == CMD_GET_ALL_DATA)           /* 判断数据类别是否为：获取全部参数 */{debug_upload_data(&g_debug, TYPE_STATUS);                                                                    /* 发送电机状态 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_SPEED);                                                                     /* 发送速度值 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_HAL_ENC);                                                                   /* 发送霍尔、编码器位置 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_VBUS);                                                                      /* 发送电压 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_AMP);                                                                       /* 发送电流 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_TEMP);                                                                      /* 发送温度 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_SUM_LEN);                                                                   /* 发送总里程 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_BEM);                                                                       /* 发送反电动势 */debug_upload_data(&g_debug, TYPE_MOTOR_CODE);                                                                /* 发送电机类型 */for (i = TYPE_PID1; i < TYPE_PID10; i++){debug_upload_data(&g_debug, i);                                                                          /* 发送PID参数 */}}}}if (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 5) % DEBUG_REV_MAX_LEN] == DEBUG_DATA_HEAD)                        /* 数据包长度为6个字节，判断第一个字节是否为帧头 */{for (i = 0; i < 3; i++){temp[i] = debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 5 + i) % DEBUG_REV_MAX_LEN];                         /* 取出帧头、数据类别、数据域 */}
#if EN_CRC                                         /* 进行CRC校验 */if (crc16_calc(temp, 3) == ((debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 5 + 3) % DEBUG_REV_MAX_LEN] << 8) | \debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 5 + 4) % DEBUG_REV_MAX_LEN]))
#endif{switch (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 5 + 1) % DEBUG_REV_MAX_LEN])                           /* 判断数据类别 */{case CMD_SET_CTR_CODE:                                                                                       /* 下发控制指令 */debug_rev.Ctrl_code = debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 5 + 2) % DEBUG_REV_MAX_LEN];break;case CMD_SET_CTR_MODE:                                                                                       /* 下发控制模式 */debug_rev.Ctrl_mode = debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 5 + 2) % DEBUG_REV_MAX_LEN];break;}}}if (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6) % DEBUG_REV_MAX_LEN] == DEBUG_DATA_HEAD)                        /* 数据包长度为7个字节，判断第一个字节是否为帧头 */{for (i = 0; i < 4; i++){temp[i] = debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + i) % DEBUG_REV_MAX_LEN];                         /* 取出帧头、数据类别、数据域 */}
#if EN_CRC                                         /* 进行CRC校验 */if (crc16_calc(temp, 4) == ((debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + 4) % DEBUG_REV_MAX_LEN] << 8) | \debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + 5) % DEBUG_REV_MAX_LEN]))
#endif{switch (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + 1) % DEBUG_REV_MAX_LEN])                           /* 判断数据类别 */{case CMD_SET_SPEED:                                                                                          /* 设定电机速度 */*(debug_rev.speed) = (int16_t)((debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + 2) % DEBUG_REV_MAX_LEN] << 8) | \debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + 3) % DEBUG_REV_MAX_LEN]);break;case CMD_SET_TORQUE:                                                                                         /* 设定转矩 */*(debug_rev.torque) = (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + 2) % DEBUG_REV_MAX_LEN] << 8) | \debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 6 + 3) % DEBUG_REV_MAX_LEN];break;}}}if (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 16) % DEBUG_REV_MAX_LEN] == DEBUG_DATA_HEAD)                       /* 数据包长度为17个字节，判断第一个字节是否为帧头 */{for (i = 0; i < 14; i++){temp[i] = debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 16 + i) % DEBUG_REV_MAX_LEN];                        /* 取出帧头、数据类别、数据域 */}
#if EN_CRC                                          /* 进行CRC校验 */if (crc16_calc(temp, 14) == ((debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 16 + 14) % DEBUG_REV_MAX_LEN] << 8) | \debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 16 + 15) % DEBUG_REV_MAX_LEN]))
#endif{switch (debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 16 + 1) % DEBUG_REV_MAX_LEN])                          /* 判断数据类别 */{case CMD_SET_PID1:case CMD_SET_PID2:case CMD_SET_PID3:case CMD_SET_PID4:case CMD_SET_PID5:case CMD_SET_PID6:case CMD_SET_PID7:case CMD_SET_PID8:case CMD_SET_PID9:case CMD_SET_PID10:for (i = 0; i < 12; i++)                                                                                     /* 接收设定的PID参数 */{g_debug.pid[debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 16 + 1) % DEBUG_REV_MAX_LEN] - CMD_SET_PID1].pid.pidi8[i] = \debug_rev_data[(debug_rev_p + DEBUG_REV_MAX_LEN - 16 + 2 + i) % DEBUG_REV_MAX_LEN];}break;}}}}debug_rev_p ++;
}

首先先来说一下上位机的解析函数
上位机数据的解析函数是用环形数组的形式来存放，这样不会产生内存碎片，通过串口不断接受数组，然后把接受到的数组按照环形的顺序赋予给数值，并判断是否是帧尾，如果是帧尾，则接着判断是几字节的包，并且首字节是否是帧头，这里四种四节的包，分别是5字节，6字节，7字节，17字节。所以可以看到代码里进行了四个if语句判断分别是什么字节，并且首字节是否为帧头，然后分别进行crc校验，如果校验正确，则把表示数组类别和数据域的包给取出来，然后根据通信协议，将参数存放结构体变量进行对应赋值。

四个if语句
请添加图片描述

环形数组以及怎么找到它的帧头位置

例如数组大小为17的数组，当它的地址偏移量到达17的时候，则重新从0开始赋值。
在这里插入图片描述
我们现在已经知道帧尾的位置了，接下来如何找到帧头的位置呢？
这就和上面的四个if语句对应上了，例如我们要数据包长度为5的帧头，
我们就可以用（（当前的地址偏移量+数组长度-（数据包长度-1））% 数组长度）来找到帧头的位置。

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crc校验

本例程数据通过crc校验进行验证。
CRC定义：
CRC即循环冗余校验码，是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。
取出帧头、数据类别、数据域进行crc校验
代码：
请添加图片描述

数据发送

数据上传函数

构建数组包：
先定义一个数组 upload_data[37]，为什么是37呢，因为最长的数据包是37byte。
判断数据类别并进行指令存储：
根据upload_type的值来确定数据类别，然后进行把数据域值赋给upload_data数组。
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判断是否未数据类别错误，如果不是，则进行crc校验，然后把指令发送给pid调试助手。