基於stm32和富斯遙控器的SBUS波形分析和通訊實現
簡介
最近一個小專案用到了富斯的遙控器（使用的SBUS協定），目的是實現通過遙控器的各個通道對小車進行簡單控制（移動、燈光、不同工作模式等），一點小經驗和大家分享下。SBUS網上的資料很多，本篇更偏向於新人對SBUS的快速理解和直接應用，對一些不太常用的細則不再進行介紹。
因為是第一次使用SBUS協定，根據個人習慣在學習通訊協定時喜歡對照著實際波形理解，如果有朋友對硬體有簡單瞭解，建議接觸新的通訊協定時也用示波器配合實際波形來學習，能發現很多細節。當然這個不是必須的，僅是個人建議而已，實際波形我也會貼出供感興趣的朋友參考。
其他細節如有疏漏還請各位指出，共同進步。
軟體環境和硬體搭建
軟體環境
編譯軟體：KEIL MDK
庫：STM32標準庫
微控制器I/O使用：PC11（串列埠USART4 RX端，TX端不接即可）
微控制器外設使用：USART4（接收遙控資料）、TIM3（定時驗證資料正確性）
硬體搭建：
發射裝置：富斯遙控器FS-I6S
接收裝置：接收機IA10B
MCU控制板：STM32F407電路板
外接電路：簡單的三極體反向電路（必須）
發射裝置和接收裝置之間只要是SBUS通訊方式，不同型號理論來說影響不大，程式可以通用。
因為只需要用到微控制器的串列埠（為了驗證資料的正確性筆者多用了個定時器TIM3），所以只是實現通訊的話電路要求比較簡單，只要能正常工作並帶有串列埠外設的微控制器板即可，比如某寶上賣的STM32F103最小系統板。
由於SBUS邏輯電平和常用的串列埠通訊極性剛好相反，所以需要搭建一個簡單的三極體反向電路，電路參考下圖。
遙控器需要設定為SBUS輸出模式：
接收機接線如下：
綠線為訊號線-----接三極體反向電在這裡插入圖片描述
路的輸入端（Single）
黃線為電源+線-----接5V電源
藍線為電源地線 -----接電源GND
總體連線如下：
SBUS協定
SBUS協定
SBUS協定其實就是串列埠通訊（USART）的應用層協定，它的本質還是USART通訊。可以粗暴理解為一幀SBUS資料是由連續傳送或接收25個位元組（即25次）的串列埠資料構成，第一個位元組固定為0x0F，最後一個位元組固定為0x00，中間23個位元組和起來構成了所需資料。所以使用它在程式上還是使用串列埠，只不過在串列埠設定上必須按照以下引數設定：
串列埠波特率為100000，資料位為8位元，2個停止位，偶校驗，無硬體控流。
Sbus的編碼方式為每11位為一個資料，除去第一個位元組和第25個位元組，需要把中間23個位元組的常規8位元資料合在一起，並按每11位為一組的格式進行解析處理。具體解析方法網上教學較多，不再贅述。如果不想了解具體解析方法，可直接參照下文的解析函數得出解析後的結果即可。
SBUS波形分析
位長度：
SBUS的波特率固定為100K，所以每傳輸一位的時間為：1/100K=10us，
隨機用示波器抓取了一位，實測結果略微有誤差為11.7us，在接受範圍內。
位元組長度：
SBUS一幀由25次串列埠接收或傳送構成（25個位元組），每次串列埠傳送有12位元組成：1個起始位+8個資料位+1個偶校驗位+2個停止位。下圖為擷取一幀SBUS前幾個資料位元組波形。由於傳送順序遵循LSB（低位優先）原則，所以需要注意每個位元組高位和低位的波形和實際結果顛倒的。如波形第一個位元組為0xF0，實際資料為0x0F。
幀長度
SBUS一幀由25個位元組構成，每個位元組12位元，每位長度10us，總長度=10us12位元25個位元組=3000us（糾正：圖中3000us單位錯打成了3000ms）。
幀間隔
SBUS兩幀間間隔約4.68ms，如果要求不能漏掉任何一幀，則需要注意其他程式處理時間必須在4.68ms內，不能影響一下幀的接收。
程式部分
程式流程
程式執行流程:上電-----設定外設（USART4、TIM3，預設使能都為關閉狀態，TIM3定時3ms）-----等待PC11出現持續一段時間的高電平後使能USART4，等待接收第一個位元組（等待的持續高電平即為兩幀間的高電平間隔部分，確保能從第一個位元組接收）-----當串列埠收到資料後使能TIM3-----當TIM3時間到後關閉TIM3和USART4判斷串列埠是否是剛好收到25個位元組-----是則執行解析函數，不是則為接收錯誤-----重新等待持續的高電平。
核心程式
程式是基於STM32F407的，如果是103可能在系統標頭檔案名上報錯和USART設定時會有點小差別。
USART4設定及其中斷函數：
一定要注意因為有一個偶校驗位，資料長度要寫為9:
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_9b。
中斷內的函數功能為：進中斷開TIM3定時器，把收到的串列埠資料進行儲存。
#include "sys.h"
#include "usart.h"
u8 rec_buff[30]={0};
u8 rec_cnt=0;
extern u32 WaitRec_cnt;
void Uart4_Init(u32 bound){
//GPIO埠設定 PC10 PC11
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE); //使能GPIOC時鐘
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UART4,ENABLE); //使能USART1時鐘
//串列埠4對應引腳複用對映
GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_UART4); //GPIOC10複用為USART4
GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource11,GPIO_AF_UART4); //GPIOA11複用為USART4
//USART1埠設定
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11; //GPIOc10與GPIOc11
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//複用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推輓複用輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); //初始化C10 C11
//Usart1 NVIC 設定
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = UART4_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//搶佔優先順序3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子優先順序3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據指定的引數初始化VIC暫存器
//USART 初始化設定
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串列埠波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_9b;//字長為8位元資料格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_2;//2個停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_Even;//偶校驗位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬體資料流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發模式
USART_Init(UART4, &USART_InitStructure); //初始化串列埠1
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟串列埠接受中斷
USART_Cmd(UART4, DISABLE); //使能串列埠1
}
void UART4_IRQHandler(void)
{
if(USART_GetITStatus(UART4, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
rec_buff[rec_cnt]=UART4->DR;
rec_cnt++;
WaitRec_cnt=0;
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
USART_ClearITPendingBit(UART4, USART_IT_RXNE);
}
TIM3設定及其中斷函數：
TIM3時間在實際應用時是3ms進定時器中斷，理論上3ms能剛好把一幀SBUS（25個位元組）接收完畢。因為是已經接收到第一個串列埠資料後才開的定時器，後續只會有24個位元組的時間，所以實際上定時器3ms時間還留有一個位元組的時間裕量。
TIM3的中斷函數功能:即為判斷串列埠是否正確接收了一幀SBUS（25個位元組）資料，是則進行資料解析函數SbusDataParsing(u8 buf[]) ；，不是則錯誤位RecErr_Flag+1。
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "sbus.h"
u8 RecErr_Flag;
extern u8 rec_cnt;
u32 WaitRec_cnt;
extern u8 rec_buff[30];
void TIM3_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //時鐘使能
TIM_DeInit(TIM3);
//定時器TIM3初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設定在下一個更新事件裝入活動的自動重灌載暫存器週期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設定用來作為TIMx時脈頻率除數的預分頻值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設定時鐘分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計數模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據指定的引數初始化TIMx的時間基數單位
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中斷,允許更新中斷
//中斷優先順序NVIC設定
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先佔優先順序0級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //從優先順序3級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC暫存器
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //使能TIMx
}
void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中斷
{
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //檢查TIM3更新中斷髮生與否
{
USART_Cmd(UART4, DISABLE);
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);
TIM3->CNT=0;
if(rec_cnt==25)
{
SbusDataParsing(rec_buff); //SBUS解析
}
else RecErr_Flag++;
rec_cnt=0;
WaitRec_cnt=0;
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); //清除TIMx更新中斷標誌
}
}
解析函數：
SbusDataParsing(u8 buf[])為解析函數，如果TIM3判斷正確接收了25個位元組的資料，則把串列埠接收到的25個資料放入buf[]陣列內，執行完的陣列結果ch[]就是我們需要的最終結果。
#include "sbus.h"
u16 ch[16]={0};
void SbusDataParsing(u8 buf[]) //S-BUS解析
{
ch[0] = ((u16)buf[ 1] >> 0 | ((int16_t)buf[ 2] << 8 )) & 0x07FF;
ch[1] = ((u16)buf[ 2] >> 3 | ((int16_t)buf[ 3] << 5 )) & 0x07FF;
ch[2] = ((u16)buf[ 3] >> 6 | ((int16_t)buf[ 4] << 2 ) | (int16_t)buf[ 5] << 10 ) & 0x07FF;
ch[3] = ((u16)buf[ 5] >> 1 | ((int16_t)buf[ 6] << 7 )) & 0x07FF;
ch[4] = ((u16)buf[ 6] >> 4 | ((int16_t)buf[ 7] << 4 )) & 0x07FF;
ch[5] = ((u16)buf[ 7] >> 7 | ((int16_t)buf[ 8] << 1 ) | (int16_t)buf[9] << 9 ) & 0x07FF;
ch[6] = ((u16)buf[ 9] >> 2 | ((int16_t)buf[10] << 6 )) & 0x07FF;
ch[7] = ((u16)buf[10] >> 5 | ((int16_t)buf[11] << 3 )) & 0x07FF;
ch[8] = ((u16)buf[12] << 0 | ((int16_t)buf[13] << 8 )) & 0x07FF;
ch[9] = ((u16)buf[13] >> 3 | ((int16_t)buf[14] << 5 )) & 0x07FF;
ch[10] = ((u16)buf[14] >> 6 | ((int16_t)buf[15] << 2 ) | (int16_t)buf[16] << 10 ) & 0x07FF;
ch[11] = ((u16)buf[16] >> 1 | ((int16_t)buf[17] << 7 )) & 0x07FF;
ch[12] = ((u16)buf[17] >> 4 | ((int16_t)buf[18] << 4 )) & 0x07FF;
ch[13] = ((u16)buf[18] >> 7 | ((int16_t)buf[19] << 1 ) | (int16_t)buf[20] << 9 ) & 0x07FF;
ch[14] = ((u16)buf[20] >> 2 | ((int16_t)buf[21] << 6 )) & 0x07FF;
ch[15] = ((u16)buf[21] >> 5 | ((int16_t)buf[22] << 3 )) & 0x07FF;
}
主函數：
主函數的主要功能：上電設定串列埠USART4和定時器TIM3，然後while迴圈檢查串列埠USART4的RX引腳PC11是否出現連續的高電平。每次while迴圈一次檢測是高則WaitRec_cnt+1，是低則清0，直到出現一段連續的高電平就表明進入了兩幀SBUS中間的幀間隔中，再開啟串列埠確保能從第一個位元組開始接收。實際的WaitRec_cnt時間不用特別精確但需要大家進行偵錯，不同微控制器主頻不同，執行while的時間也不同。STM32F407主頻168M，WaitRec_cnt執行到3000時大概700多us。同時需要自行考慮持續多久開啟串列埠中斷比較好，不要影響到其他程式的執行。
#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "tim.h"
extern u32 WaitRec_cnt;
int main(void)
{
Uart4_Init(100000); //遙控器
TIM3_Init(29,8399);
while(1)
{
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_11)==1) //等待一段高電平，確保從第一個位元組開始。
{
WaitRec_cnt++;
}
else WaitRec_cnt=0;
if(WaitRec_cnt>3000) //3000時大概為幾百us，持續幾百us都為高則開啟串列埠
{
USART_Cmd(UART4, ENABLE);
}
}
}
其他.h檔案
sbus.h
#ifndef __SBUS_H
#define __SBUS_H
#include "sys.h"
#define RightRocker_Horizontal ch[0] //left:242 center:1033 right:1804
#define RightRocker_Vertical ch[1] //up:1807 center:1024 down:240
#define LeftRocker_Vertical ch[2] //up:1805 center:1024 down:240
#define LeftRocker_Horizontal ch[3] //left:240 center:1025 right:1807
#define SWA ch[4] //up:240 down: 1807
#define SWB ch[5] //up:240 center:1024 down: 1807
#define SWC ch[6] //up:240 center:1024 down: 1807
#define SWD ch[7] //up:240 down: 1807
#define VAA ch[8] //left:240 center:1024 right:1807
#define VAB ch[9] //left:1807 center:1024 right:240
void SbusDataParsing(u8 buf[]);
#endif
usart.h
#ifndef __UART_H
#define __UART_H
#include "stdio.h"
#include "sys.h"
void Uart4_Init(u32 bound);
void Uart1_Init(u32 bound);
#endif
tim.h
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
#include "sys.h"
void TIM3_Init(u16 arr,u16 psc);
#endif
總結
至此，整個SBUS的通訊已經完成，通訊的最終結果存放在CH[]陣列裡以方便呼叫。遙控器上不同的搖桿和撥動開關對應不同的CH[]通道，sbus.h裡也有進行宏定義以便大家進行遙控的按鈕和CH[]通道的對應:
如
#define RightRocker_Horizontal ch[0] //left:242 center:1033 right:1804
實際就是遙控器右邊搖桿水平撥動時對應的是ch[0]中的值的變化。不撥動時ch[0]值是1033，右搖桿撥到最左邊時ch[0]是242，最右邊時ch[0]是1804.不同的遙控器中間值和最大最小值會有小範圍的偏差，一般不會超過幾十。其他搖桿和按鍵的對應關係請自行體會。也可以去B站看實際控制遙控器對應的CH[]變化，不過是16進位制的看著不是很方便。：
https://www.bilibili.com/video/BV1Kv411k7fQ
最後附一張剛買的一個遙控器的初始值偵錯結果的截圖：