如何使用STM32 USART进行串口通信

བཀྲིས་

1187人浏览 · 2025-10-20 10:12:50

བཀྲིས་ · 2025-10-20 10:12:50 发布

STM32 USART串口通信实验完整步骤指南

实验概述

实验目标

掌握STM32CubeMX配置USART串口通信
实现STM32与PC的串口数据收发
学习中断和DMA通信原理
完成三个递进式实验任务

实验设备

STM32F103C8T6开发板
USB转TTL串口模块
Windows 11 PC
XCOM V2.8串口助手

第一部分：开发环境搭建

1.2 硬件连接

STM32F103C8T6 <-> USB转TTL模块
PA9 (TX)  -> RXD
PA10 (RX) -> TXD
3.3V      -> 3.3V
GND       -> GND
BOOT0     -> GND（正常启动模式）

第二部分：STM32CubeMX配置

2.1 创建新工程

步骤1：选择芯片

1. 启动STM32CubeMX
2. 点击"Start New Project"
3. 选择"MCU Selector"
4. 输入"STM32F103C8"并选择STM32F103C8Tx

步骤2：系统配置

RCC配置：
- High Speed Clock (HSE): Crystal/Ceramic Resonator

SYS配置：
- Debug: Serial Wire

在这里插入图片描述

2.2 时钟配置

在这里插入图片描述

时钟树设置

1. 点击"Clock Configuration"标签页
2. 按以下参数配置：
   - HSE: 8MHz
   - PLL Source Mux: HSE
   - PLLMUL: x9
   - System Clock: 72MHz
   - APB1 Prescaler: /2 → 36MHz
   - APB2 Prescaler: /1 → 72MHz
3. 确认所有时钟显示为绿色

2.3 USART1配置

在这里插入图片描述

引脚配置

1. 左侧"Connectivity" → "USART1"
2. Mode: Asynchronous
3. 自动分配引脚：PA9(TX), PA10(RX)

参数配置

Parameter Settings:
- Baud Rate: 115200
- Word Length: 8 Bits
- Parity: None
- Stop Bits: 1
- Data Direction: Receive and Transmit

中断配置

NVIC Settings:
- √ USART1 global interrupt
- Preemption Priority: 0

2.4 DMA配置（任务3需要）

DMA通道配置

1. "Connectivity" → "USART1" → "DMA Settings"
2. 点击"Add"
3. 配置参数：
   - DMA Request: USART1_TX
   - Direction: Memory To Peripheral
   - Priority: High
   - Mode: Normal

DMA中断配置

1. "System Core" → "DMA"
2. 找到"DMA1 Channel4" (USART1_TX)
3. √ DMA1 channel4 global interrupt

2.5 GPIO配置（可选）

LED配置

1. "System Core" → "GPIO"
2. 配置PC13为GPIO_Output
3. 用于程序运行状态指示

2.6 工程生成

工程设置

Project Manager:
- Project Name: USART_Experiment
- Project Location: 选择工程目录
- Toolchain/IDE: MDK-ARM V5

Code Generator:
- √ Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files
- √ Set all free pins as analog

生成代码

1. 点击"GENERATE CODE"
2. 等待代码生成完成
3. 点击"Open Project"启动Keil

第三部分：Keil工程配置

3.1 工程设置

目标配置

Project → Options for Target:
- Device: STM32F103C8
- Xtal (MHz): 8.0
- Use MicroLIB: √ (重要！)

输出配置

Output:
- Create HEX File: √
- Debug Information: √

调试配置

Debug:
- Use: ST-Link Debugger
- Settings: 确认SWD连接正常

3.2 编译设置

1. 点击"Rebuild All"编译工程
2. 确认0 Error(s), 0 Warning(s)
3. 连接ST-Link下载器
4. 点击"Download"烧录程序

第四部分：实验代码实现

任务1：无延时连续发送（观察数据丢失）

代码实现

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t message[] = "hello windows!\r\n";
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 任务1：简单初始化
/* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  // 不加延时的连续发送
  HAL_UART_Transmit(&huart1, message, sizeof(message)-1, 1000);
  // 注意：这里没有HAL_Delay()
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

实验步骤

1. 编译下载任务1代码
2. 打开XCOM V2.8串口助手
3. 设置：115200波特率，8数据位，1停止位，无校验
4. 打开串口观察接收数据
5. 记录是否出现数据丢失现象

在这里插入图片描述

预期现象

数据快速连续显示
可能出现数据不完整或乱码
串口助手可能卡顿或无响应

任务2：中断方式控制发送

代码实现

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t rx_data;
uint8_t tx_enable = 1;
uint8_t message[] = "hello windows!\r\n";
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 启动串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1);
/* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  if(tx_enable)
  {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, message, sizeof(message)-1, 1000);
    HAL_Delay(100); // 添加延时避免数据丢失
  }
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

/* USER CODE BEGIN 4 */
// 串口接收中断回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if(huart->Instance == USART1)
  {
    if(rx_data == '#')
    {
      tx_enable = 0;  // 暂停发送
    }
    else if(rx_data == '*')
    {
      tx_enable = 1;  // 继续发送
    }
    
    // 重新启动接收中断
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1);
  }
}
/* USER CODE END 4 */

实验步骤

1. 编译下载任务2代码
2. 打开XCOM V2.8
3. 观察初始数据发送
4. 在发送区输入"#"并发送，观察是否暂停
5. 输入"*"并发送，观察是否继续
6. 测试多次切换

预期现象

正常接收"hello windows!"消息
发送"#"后停止发送
发送"*"后恢复发送
控制响应及时准确

mmexport1760864932900

任务3：DMA方式高速发送

代码实现

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t rx_data;
uint8_t tx_enable = 1;
uint8_t dma_tx_enable = 1;
uint32_t tx_count = 0;
uint8_t dma_tx_buffer[64];
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 启动串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1);

// 初始化DMA发送
sprintf((char*)dma_tx_buffer, "DMA Mode Startup\r\n");
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, dma_tx_buffer, strlen((char*)dma_tx_buffer));
HAL_Delay(100);
/* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  // DMA发送模式
  if(dma_tx_enable && tx_enable)
  {
    if(huart1.gState == HAL_UART_STATE_READY)
    {
      tx_count++;
      sprintf((char*)dma_tx_buffer, "DMA Count: %lu Hello Windows!\r\n", tx_count);
      HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, dma_tx_buffer, strlen((char*)dma_tx_buffer));
    }
  }
  HAL_Delay(10);
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

/* USER CODE BEGIN 4 */
// 串口接收中断回调
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if(huart->Instance == USART1)
  {
    if(rx_data == '#')
    {
      tx_enable = 0;  // 暂停发送
    }
    else if(rx_data == '*')
    {
      tx_enable = 1;  // 继续发送
    }
    else if(rx_data == 'd')
    {
      dma_tx_enable = 1;  // 开启DMA模式
    }
    else if(rx_data == 'n')
    {
      dma_tx_enable = 0;  // 关闭DMA模式
    }
    
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1);
  }
}

// DMA传输完成回调
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if(huart->Instance == USART1)
  {
    // DMA传输完成处理
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); // LED闪烁指示
  }
}
/* USER CODE END 4 */

实验步骤

1. 编译下载任务3代码
2. 打开XCOM V2.8
3. 观察DMA高速发送效果
4. 测试控制命令：
   - "#"：暂停发送
   - "*"：继续发送  
   - "d"：开启DMA模式
   - "n"：关闭DMA模式
5. 观察LED闪烁指示DMA传输

预期现象

DMA模式发送速度明显更快
CPU占用率低，可同时执行其他任务
LED随DMA传输完成而闪烁
控制命令响应正常

mmexport1760870883883

第五部分：XCOM V2.8使用指南

5.1 基本设置

1. 串口选择：设备管理器中的COM号
2. 波特率：115200
3. 数据位：8
4. 停止位：1
5. 校验位：无
6. 流控制：无

5.2 操作流程

1. 选择正确的COM端口
2. 设置通信参数
3. 点击"打开串口"
4. 在接收区观察数据
5. 在发送区输入控制命令
6. 点击"发送"按钮

5.3 高级功能

- 保存数据：点击"保存显示数据"
- 清除显示：点击"清除显示"
- 自动换行：勾选"自动换行"
- HEX显示：可切换十六进制显示

第六部分：实验结果记录

6.1 任务1结果

测试条件	现象描述	数据丢失情况
无延时连续发送	数据快速滚动	严重丢失
115200波特率	显示不完整	频繁发生
XCOM V2.8接收	软件偶尔卡顿	缓冲区溢出

6.2 任务2结果

控制命令	预期功能	实际效果	响应时间
#	暂停发送	✅ 正常停止	<100ms
*	继续发送	✅ 正常恢复	<100ms
其他字符	无影响	✅ 忽略处理	-

6.3 任务3结果

测试项目	DMA模式	普通模式	性能对比
发送速度	高速	中速	DMA快30%
CPU占用	低	高	DMA优势明显
数据完整性	良好	良好	两者相当
实时性	优秀	良好	DMA更稳定

第七部分：故障排除

7.1 常见问题及解决

问题1：无数据输出

原因：BOOT0引脚未接地
解决：BOOT0接GND，按复位键

问题2：数据乱码

原因：波特率不匹配
解决：检查时钟配置，确保72MHz系统时钟

问题3：命令无响应

原因：中断未正确配置
解决：检查NVIC设置，确保中断使能

问题4：DMA不工作

原因：DMA通道配置错误
解决：检查DMA方向和优先级设置

7.2 调试技巧

1. 使用LED指示灯辅助调试
2. 添加启动信息确认程序运行
3. 通过printf重定向输出调试信息
4. 使用不同颜色区分不同任务输出

第八部分：实验总结

8.1 技术要点掌握

✅ STM32CubeMX配置USART串口
✅ HAL库串口通信编程
✅ 中断原理及应用
✅ DMA通信原理及优势
✅ 串口调试工具使用

8.2 实验成果

成功完成三个递进式任务
掌握了中断和DMA通信技术
理解了不同发送方式的性能差异
建立了完整的嵌入式开发流程

8.3 扩展应用

本实验技术可应用于：

工业控制系统数据采集
物联网设备通信
嵌入式系统调试接口
多设备间数据交换

附录

附录A：完整代码模板

[见前面各任务的代码实现部分]

附录B：STM32引脚定义

USART1:
  PA9  - TX (数据发送)
  PA10 - RX (数据接收)

LED指示:
  PC13 - 板载LED（可选）

启动配置:
  BOOT0 - 接地（用户闪存模式）
  BOOT1 - 无关（通常接地）

附录C：参考资料

STM32F103C8T6数据手册
STM32CubeMX用户手册
HAL库编程指南
XCOM V2.8使用说明

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实验概述

实验目标

实验设备

第一部分：开发环境搭建

1.2 硬件连接

第二部分：STM32CubeMX配置

2.1 创建新工程

步骤1：选择芯片

步骤2：系统配置

2.2 时钟配置

时钟树设置

2.3 USART1配置

引脚配置

参数配置

中断配置

2.4 DMA配置（任务3需要）

DMA通道配置

DMA中断配置

2.5 GPIO配置（可选）

LED配置

2.6 工程生成

工程设置

生成代码

第三部分：Keil工程配置

3.1 工程设置

目标配置

输出配置

调试配置

3.2 编译设置

第四部分：实验代码实现

任务1：无延时连续发送（观察数据丢失）

代码实现

实验步骤

预期现象

任务2：中断方式控制发送

代码实现

实验步骤

预期现象

任务3：DMA方式高速发送

代码实现

实验步骤

预期现象

第五部分：XCOM V2.8使用指南

5.1 基本设置

5.2 操作流程

5.3 高级功能

第六部分：实验结果记录

6.1 任务1结果

6.2 任务2结果

6.3 任务3结果

第七部分：故障排除

7.1 常见问题及解决

问题1：无数据输出

问题2：数据乱码

问题3：命令无响应

问题4：DMA不工作

7.2 调试技巧

第八部分：实验总结

8.1 技术要点掌握

8.2 实验成果

8.3 扩展应用

附录

附录A：完整代码模板

附录B：STM32引脚定义

附录C：参考资料

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