当前位置：物联沃-IOTWORD物联网 > 技术教程 > USART串口通信从电路原理到代码实现：STM32零基础入门第XXX步（详细解析）
代码收藏家代码收藏家 技术教程

USART串口通信从电路原理到代码实现：STM32零基础入门第XXX步（详细解析）

主题 内容 教学目的/扩展视频
串口通信重点课程 什么是USART串口，电路原理，单片机内部寄存器，固件库说明。加载相关文件，驱动程序分析，printf的使用。什么是中断，中断的程序设计，还有哪些中断。 熟悉串口的使用，熟练使用printf函数。介绍printf函数的高级使用方法，介绍各中断。

师从洋桃电子，杜洋老师

📑文章目录

  • 一、USART串口基础认知
  • 1. 什么是USART？
  • 2. 典型应用场景
  • 二、硬件电路设计要点
  • 1. USB转TTL电路（CH340C模块）
  • 2. 单片机端电路保护
  • 三、STM32内部寄存器解析
  • 1. 关键寄存器组成
  • 2. 波特率计算公式
  • 四、固件库函数说明（标准外设库）
  • 1. 初始化结构链
  • 2. 常用库函数列表
  • 五、驱动程序逐行解析
  • 1. 初始化配置流程
  • 2. 关键代码解析
  • 六、上位机测试方法
  • 1. 串口助手设置参数
  • 2. 数据接收验证
  • 七、进阶应用技巧
  • 1. 字符串发送优化
  • 2. 中断接收配置
  • 八、常见问题排查表
  • 九、相关资源

    • 一、USART串口基础认知

    1. 什么是USART？

    USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种通用串行通信接口，具备以下特点：

  • 双工通信：支持同时收发数据
  • 可配置参数：波特率（600-115200bps）、数据位（8/9位）、停止位（1/1.5/2位）
  • 电平标准：TTL（3.3V/5V）与RS232（±12V）两种版本

    • 2. 典型应用场景

  • 单片机与PC通信
  • 工业设备数据采集
  • 无线模块（WiFi/蓝牙）数据传输
  • 嵌入式系统调试信息输出

    • 二、硬件电路设计要点

    1. USB转TTL电路（CH340C模块）

    （图1：USART通信连接原理图） 

    STM32          CH340C
PA9(TX)  ---> RX
PA10(RX) ---> TX
GND      ---> GND

    注意事项：

  • 需共地连接确保电平基准一致
  • 避免超过芯片最大输入电压（CH340C支持3.3V/5V自适应）

    • 2. 单片机端电路保护

  • 串联220Ω电阻防止信号过冲
  • 添加TVS二极管防静电
  • 对VCC和GND加0.1μF去耦电容

    • 三、STM32内部寄存器解析

    1. 关键寄存器组成

    寄存器名称 功能描述 常用配置值
    USART_CR1 控制寄存器1 UE=1（使能USART）
    USART_CR2 控制寄存器2（停止位设置） STOP[1:0]=00（1位停止位）
    USART_BRR 波特率寄存器 根据公式计算得出

    2. 波特率计算公式

    波特率 = fCK / (16 * USARTDIV)
/* 
  示例：115200bps @72MHz主频
  USARTDIV = 72000000/(16*115200) = 39.0625
  BRR = 0x273   // 整数部分39=0x27，小数0.0625*16=1
*/

    四、固件库函数说明（标准外设库）

    1. 初始化结构链

    void USART1_Init(u32 bound){ //串口1初始化并启动
├── GPIO端口设置
├── USART1_TX   PA.9
├── USART1_RX	  PA.10
├── Usart1 NVIC 配置
├── USART 初始化设置

    参数结构体解析：

    typedef struct {
  uint32_t USART_BaudRate;     // 波特率
  uint16_t USART_WordLength;   // 数据位（USART_WordLength_8b/9b）
  uint16_t USART_StopBits;     // 停止位（USART_StopBits_1/1.5/2）
  uint16_t USART_Parity;       // 校验位（USART_Parity_No/Even/Odd）
  uint16_t USART_Mode;         // 工作模式（USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx）
} USART_InitTypeDef;

    2. 常用库函数列表

    函数名称 功能描述
    USART_Cmd() 使能/禁用USART
    USART_SendData() 发送单字节数据
    USART_ReceiveData() 接收单字节数据
    USART_GetFlagStatus() 查询状态标志位
    USART_ITConfig() 中断使能控制

    五、驱动程序逐行解析

    1. 初始化配置流程

    #include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"

int main(void) {
    RCC_Configuration();        // 时钟设置
    USART1_Init(115200);        // 初始化参数配置
    
    while(1) {
        // 发送方法：轮询方式
        USART_SendData(USART1, 0x55);  // 写入发送数据寄存器
        while(!USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)); // 等待发送完成
        delay_ms(1000);                // 延时控制发送间隔
    }
}

    2. 关键代码解析

    RCC配置函数：

    void RCC_Configuration(void) {
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟
}

    USART初始化函数：

    void USART1_Init(u32 bound){ //串口1初始化并启动
    //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;	 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟
     //USART1_TX   PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
    //USART1_RX	  PA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 
   //Usart1 NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		//子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器 
   //USART 初始化设置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//一般设置为9600;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口 
}

    ▲ 完整工程代码示例⏬USART串口发送程序

    六、上位机测试方法

    1. 串口助手设置参数

    参数项 设置值
    波特率 115200
    数据位 8
    停止位 1
    校验位 None
    流控制 无

    2. 数据接收验证

    当单片机发送0x55（二进制01010101）时：

  • 十六进制显示：55
  • ASCII显示：字符"U"
  • 波形测量：使用示波器可观测到方波信号（115200bps对应8.68μs/bit）

    • ▲ ⏬DYS串口助手 V1

    七、进阶应用技巧

    1. 字符串发送优化

    USART1专用的printf函数
当同时开启2个以上串口时，printf函数只能用于其中之一，其他串口要自创独立的printf函数
调用方法：USART1_printf("123"); //向USART2发送字符123
*/
void USART1_printf (char *fmt, ...){ 
	char buffer[USART1_REC_LEN+1];  // 数据长度
	u8 i = 0;	
	va_list arg_ptr;
	va_start(arg_ptr, fmt);  
	vsnprintf(buffer, USART1_REC_LEN+1, fmt, arg_ptr);
	while ((i < USART1_REC_LEN) && (i < strlen(buffer))){
        USART_SendData(USART1, (u8) buffer[i++]);
        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); 
	}
	va_end(arg_ptr);
}

    2. 中断接收配置

    void USART1_IRQHandler(void){ //串口1中断服务程序（固定的函数名不能修改）	
	u8 Res;
	//以下是字符串接收到USART1_RX_BUF[]的程序，(USART1_RX_STA&0x3FFF)是数据的长度（不包括回车）
	//当(USART1_RX_STA&0xC000)为真时表示数据接收完成，即超级终端里按下回车键。
	//在主函数里写判断if(USART1_RX_STA&0xC000)，然后读USART1_RX_BUF[]数组，读到0x0d 0x0a即是结束。
	//注意在主函数处理完串口数据后，要将USART1_RX_STA清0
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET){  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)		
		Res =USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR);	//读取接收到的数据
		printf("%c",Res); //把收到的数据以 a符号变量 发送回电脑		
		if((USART1_RX_STA&0x8000)==0){//接收未完成			
			if(USART1_RX_STA&0x4000){//接收到了0x0d				
				if(Res!=0x0a)USART1_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
				else USART1_RX_STA|=0x8000;	//接收完成了 
			}else{ //还没收到0X0D					
				if(Res==0x0d)USART1_RX_STA|=0x4000;
				else{
					USART1_RX_BUF[USART1_RX_STA&0X3FFF]=Res ; //将收到的数据放入数组
					USART1_RX_STA++;	//数据长度计数加1
					if(USART1_RX_STA>(USART1_REC_LEN-1))USART1_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收	  
				}		 
			}
		}   		 
	} 
}

    八、常见问题排查表

    现象 可能原因 解决方法
    无任何数据接收 1. 线序接反（TX-RX交叉）
    2. 波特率不匹配    		 检查硬件连接
    核对双方波特率
    接收数据乱码 1. 地线未连接
    2. 时钟源偏差    		 确保共地
    使用精准晶振
    只能发送不能接收 RX引脚配置错误 检查GPIO模式设置

    实验建议：使用逻辑分析仪捕获实际通信波形，观察起始位、数据位、停止位的时序关系

    九、相关资源

    [1] 洋桃电子B站课程-STM32入门100步
    [2] STM32F103xx官方数据手册
    [3] STM32F103X8-B数据手册（中文）
    [4] STM32F103固件函数库用户手册（中文）
    [5] USART串口发送程序
    [6] DYS串口助手 V1
    [7] CH340C 数据手册

    💬 技术讨论（请在评论区留言~）

    📌 下期预告：下一期将探讨USART发送程序重点课程，欢迎持续关注！

    点击查阅🔍往期【STM32专栏】文章

    版权声明：本文采用[CC BY-NC-SA 4.0]协议，转载请注明来源
    实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
    更新日志：

  • v1.0 初始版本（2025-02-27）

    • 作者：触角01010001

    物联沃分享整理
    物联沃-IOTWORD物联网 » USART串口通信从电路原理到代码实现：STM32零基础入门第XXX步（详细解析）

    代码收藏家 普通

    分享到：

    相关推荐

    发表回复