STM32 零基础可移植教程 07：USART 串口打印，从 CubeMX 配置到 printf 输出

前面几篇我们已经做了 LED、蜂鸣器、按键轮询、按键消抖和外部中断。

到这里，板子已经能“看得见、听得到、按得动”。

但嵌入式调试里还有一个非常重要的能力：让板子把信息说出来。

比如你想知道：

  • 程序有没有跑到某个位置；

  • 按键事件到底有没有触发；

  • ADC 采样值是多少；

  • I2C 设备地址有没有应答；

  • 某个变量为什么变成了奇怪的值。

这时候串口打印就很有用了。

这一篇只做一个明确目标：

STM32 通过 USART 每秒打印一次 Hello 嵌入式小站

并且把 printf() 重定向到串口。后面再写 ADC、I2C、SPI、CAN 时，我们就可以直接打印调试信息。

本篇目标

最终现象：

串口助手每 1 秒显示一行：
Hello 嵌入式小站, count = 1
Hello 嵌入式小站, count = 2
Hello 嵌入式小站, count = 3
...

本篇用到的外设：

USART
GPIO Alternate Function

本篇跑通标准：

  • Keil 编译通过；

  • 程序能下载到开发板；

  • 串口助手能收到 STM32 打印的文本；

  • printf() 能正常输出；

  • 能说清楚 TX、RX、GND 怎么接；

  • 能说清楚波特率、数据位、停止位、校验位是什么意思。

本篇只讲串口发送和 printf() 打印，不讲串口接收、中断、DMA、不定长帧。那些后面单独讲。

准备工作

你需要准备：

|
项目
|
说明
|
| — | — |
|
STM32 开发板
|
任意 STM32 开发板
|
|
下载器
|
ST-LINK/V2 或板载 ST-LINK
|
|
USB 转 TTL 模块
|
如果开发板没有板载 USB 串口，需要外接
|
|
串口助手
|
任意常见串口工具都可以
|
|
原理图
|
确认 USART TX/RX 接到哪个引脚
|

如果你用的是 Nucleo、Discovery 或一些带 USB 串口芯片的开发板，可能板子已经把某个 USART 接到了板载 USB 串口。

如果你用的是 F103 最小系统板，通常需要外接 USB 转 TTL 模块。

图片

硬件连接

串口最容易接错的是 TX 和 RX。

STM32 的 TX 是发送，USB 转 TTL 的 RX 是接收，所以要交叉连接：

|
STM32
|
USB 转 TTL
|
| — | — |
|
USART_TX
|
RXD
|
|
USART_RX
|
TXD
|
|
GND
|
GND
|

如果本篇只做 STM32 打印，理论上只接：

STM32 TX -> USB 转 TTL RX
GND -> GND

也能看到输出。

但建议一开始就把 RX 也接好，后面讲串口接收时可以继续用。

注意电平：

STM32 GPIO 通常是 3.3V TTL 电平
不要直接接 RS232 电平

普通 USB 转 TTL 模块一般支持 3.3V 或 5V，有些模块有跳帽或开关。给 STM32 接信号时，优先选择 3.3V 电平。

图片

串口参数先看懂

我们先用最常见配置：

115200, 8N1

它的意思是：

|
参数
|
值
|
说明
|
| — | — | — |
|
Baud Rate
|
115200
|
每秒传输的符号数
|
|
Word Length
|
8 Bits
|
每个数据字节 8 位
|
|
Parity
|
None
|
不使用校验位
|
|
Stop Bits
|
1
|
1 个停止位
|
|
Flow Control
|
None
|
不使用硬件流控
|

串口两端参数必须一致。

STM32 配了 115200，串口助手也要选 115200。STM32 配 8N1，串口助手也要选 8N1。

如果两边不一致，常见现象就是乱码。

CubeMX 配置步骤

1. 复制上一篇工程

建议从上一篇 06_key_exti 或一个干净基础工程复制一份，改名为：

07_usart_printf

这一篇不依赖按键，可以只保留 LED，也可以从基础工程开始。

2. 选择 USART 实例

常见 STM32F103 工程里，经常使用：

USART1

默认引脚通常是：

PA9  -> USART1_TX
PA10 -> USART1_RX

但不同芯片、不同开发板不一定一样。

在 CubeMX 左侧找到：

Connectivity -> USART1

把 Mode 设置为：

Asynchronous

图片

3. 确认 TX/RX 引脚

CubeMX 会自动把对应引脚设置成 USART 复用功能。

比如：

PA9  -> USART1_TX
PA10 -> USART1_RX

你要做的是确认这两个引脚和你的开发板接线一致。

如果开发板板载 USB 串口接的是 USART2，那就不要硬用 USART1，要改成 USART2。

原则还是那句话：

原理图接到哪个 USART，就配置哪个 USART

图片

4. 配置 USART 参数

进入 USART 参数配置页面，设置：

|
配置项
|
推荐值
|
| — | — |
|
Baud Rate
|
115200
|
|
Word Length
|
8 Bits
|
|
Parity
|
None
|
|
Stop Bits
|
1
|
|
Data Direction
|
Receive and Transmit
|
|
Hardware Flow Control
|
None
|
|
Over Sampling
|
16 Samples
|

本篇只做发送，但建议保留 Receive and Transmit，后面讲接收可以继续用。

图片

5. 本篇暂时不打开 USART 中断

这一篇只做阻塞发送：

HAL_UART_Transmit()

所以暂时不需要打开 USART NVIC 中断。

后面讲串口接收、中断接收、DMA 接收时，我们再单独打开。

6. 生成 Keil 工程

配置完成后点击：

GENERATE CODE

然后打开 Keil 工程，先编译一次。

图片

Keil 工程生成和编译

打开 Keil 后，先编译：

Build / F7

确认输出里没有错误：

0 Error(s)

图片

然后看一下 CubeMX 是否生成了串口句柄。

在此之前我们先解释一下串口句柄的概念，你可以把串口想象成一扇门（比如 COM1 是房门，COM2 是窗户）。

句柄就是这扇门的把手，或者更准确地说，是操作系统发给你的一把“数字钥匙”。

你拿到这把“钥匙”（句柄），就能对门做事情：开门（初始化串口）、送东西出去（发送数据）、收东西进来（接收数据）、关门（关闭串口）。

如果你没有这把钥匙，操作系统就不允许你碰这扇门。

在很多 CubeMX 工程里，你会看到类似：

UART_HandleTypeDef huart1;

如果你用的是 USART2，可能是：

UART_HandleTypeDef huart2;

在单片机中，没有操作系统管理“句柄”这个概念，但是CubeMX生成的结构体指针，起到了完全相同的作用 他也是一个“钥匙”，包含了串口的所有状态和配置信息。

后面的代码默认用 huart1。如果你的工程是 huart2，需要改一个宏。

这个 huart1 变量（准确的说是它的指针 &huart1）就扮演了“串口句柄”的角色。 后续所有串口操作都要带上它：

发送：HAL_UART_Transmit(&huart1, data, len, timeout);

接收：HAL_UART_Receive(&huart1, buffer, len, timeout);

完整代码

这一篇新增两个文件：

Core/Inc/app_uart.h
Core/Src/app_uart.c

它们负责两件事：

  1. 封装字符串发送函数；

  2. 把 Keil 下常用的 printf() 输出重定向到 USART。

1. 新建 Core/Inc/app_uart.h

在 Core/Inc 目录下新建：

app_uart.h

写入下面代码：

#ifndef APP_UART_H
#define APP_UART_H

#include "main.h"
#include <stdint.h>

void App_UART_Init(void);
void App_UART_Print(const char *text);
void App_UART_PrintBytes(const uint8_t *data, uint16_t len);

#endif

2. 新建 Core/Src/app_uart.c

在 Core/Src 目录下新建：

app_uart.c

写入下面代码：

#include "app_uart.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*
 * Default USART handle is huart1.
 * If your project uses USART2, define APP_UART_HANDLE as huart2.
 */
#ifndef APP_UART_HANDLE
#define APP_UART_HANDLE huart1
#endif

extern UART_HandleTypeDef APP_UART_HANDLE;

void App_UART_Init(void)
{
}

void App_UART_Print(const char *text)
{
    if (text == NULL)
    {
        return;
    }

    HAL_UART_Transmit(&APP_UART_HANDLE,
                      (uint8_t *)text,
                      (uint16_t)strlen(text),
                      HAL_MAX_DELAY);
}

void App_UART_PrintBytes(const uint8_t *data, uint16_t len)
{
    if ((data == NULL) || (len == 0u))
    {
        return;
    }

    HAL_UART_Transmit(&APP_UART_HANDLE,
                      (uint8_t *)data,
                      len,
                      HAL_MAX_DELAY);
}

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    uint8_t data = (uint8_t)ch;

    HAL_UART_Transmit(&APP_UART_HANDLE, &data, 1u, HAL_MAX_DELAY);

    return ch;
}

这里有一个可移植点：

#define APP_UART_HANDLE huart1

如果你用的是 USART2，就在 app_uart.c 里改成：

#define APP_UART_HANDLE huart2

如果你用的是 USART3，就改成：

#define APP_UART_HANDLE huart3

fputc() 是关键。Keil 工程里 printf() 最终会一个字符一个字符输出，我们在 fputc() 里调用 HAL_UART_Transmit()，这样 printf() 的内容就会从 USART 发出去。

3. 把 app_uart.c 加入 Keil 工程

在 Keil 工程树里右键：

Application/User/Core

选择：

Add Existing Files to Group 'Application/User/Core'

然后添加：

Core/Src/app_uart.c

图片

如果忘了这一步，可能会报：

undefined symbol App_UART_Init
undefined symbol App_UART_Print

或者 printf() 没有按预期走你的重定向。

main.c 调用方式

1. Includes 区域

找到：

/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */

改成：

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "app_uart.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

注意：printf() 需要包含：

#include <stdio.h>

2. 初始化区域

确保 CubeMX 生成的串口初始化函数已经被调用。

如果用 USART1，通常是：

MX_USART1_UART_Init();

如果用 USART2，可能是：

MX_USART2_UART_Init();

然后在 USER CODE BEGIN 2 里添加：

/* USER CODE BEGIN 2 */
App_UART_Init();
printf("USART printf test start\r\n");
/* USER CODE END 2 */

App_UART_Init() 现在是空函数，保留它是为了以后扩展，比如初始化环形缓冲区、日志等级、串口接收状态机。

3. while 循环区域

找到：

while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */

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

改成：

while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
  static uint32_t count = 0;

  count++;
  printf("Hello STM32, count = %lu\r\n", count);
  HAL_Delay(1000);
  /* USER CODE END 3 */
}

这里的 \r\n 是换行。

很多串口助手在 Windows 下更习惯：

\r\n

如果只写 \n，有些工具可能只换行不回到行首，看起来排版有点怪。

Keil 里建议打开 MicroLIB

在 Keil 里使用 printf() 时，建议打开 MicroLIB。

进入：

Options for Target -> Target

勾选：

Use MicroLIB

图片

如果你不勾 MicroLIB，有些工程也能工作，但新手阶段容易遇到半主机、库函数重定向、链接配置这些额外问题。

本系列先采用最容易跑通的方式。

串口助手设置

打开串口助手，选择 USB 转 TTL 对应的 COM 口。

参数设置为：

Baud Rate: 115200
Data Bits: 8
Stop Bits: 1
Parity: None
Flow Control: None

如果你不知道是哪个 COM 口，可以打开 Windows 设备管理器，看“端口 COM 和 LPT”。

图片

图片

编译、下载和验证

代码加完后，先编译：

Build / F7

没有错误后下载：

Download

打开串口助手，正常情况下你应该能看到：

USART printf test start
Hello STM32, count = 1
Hello STM32, count = 2
Hello STM32, count = 3

如果 Keil 下载后程序没有自动运行，但你按复位键后能看到串口输出，那说明程序本身没问题，还是之前说过的下载后自动复位运行问题。

移植到其他板子的修改点

这篇的移植点主要有 7 个。

|
要改的地方
|
为什么要改
|
在哪里改
|
| — | — | — |
|
USART 实例
|
不同板子板载串口可能接 USART1/2/3
|
CubeMX Connectivity
|
|
TX/RX 引脚
|
不同芯片复用引脚不同
|
CubeMX Pinout 和原理图
|
|
串口句柄
| huart1
、huart2、huart3 不同
| APP_UART_HANDLE |
|
波特率
|
两端必须一致
|
CubeMX USART 参数和串口助手
|
|
时钟
|
波特率依赖串口时钟
|
CubeMX Clock Configuration
|
|
电平
|
STM32 是 TTL 电平，不是 RS232 电平
|
硬件连接
|
|
GND
|
串口通信必须共地
|
开发板和 USB 转 TTL
|

换板子的推荐顺序：

  1. 看原理图，确认板载 USB 串口接到哪个 USART；

  2. 如果外接 USB 转 TTL，确认你接的是哪个 TX/RX 引脚；

  3. CubeMX 配置对应 USART 为 Asynchronous；

  4. 设置 115200、8N1；

  5. 根据实际句柄修改 APP_UART_HANDLE；

  6. 串口助手选择相同参数；

  7. 编译下载，看是否能收到 Hello STM32。

常见问题排查

1. 串口助手完全没输出

优先检查：

|
优先检查
|
具体方法
|
| — | — |
|
程序是否运行
|
下载后按复位键，看是否开始输出
|
|
TX/RX 是否接反
|
STM32 TX 接 USB-TTL RX
|
|
GND 是否共地
|
STM32 GND 和 USB-TTL GND 必须相连
|
|
COM 口是否选对
|
设备管理器查看端口号
|
|
波特率是否一致
|
STM32 和串口助手都设为 115200
|
| app_uart.c
 是否加入工程
|
Keil 工程树确认
|

2. 串口乱码

常见原因：

  • 波特率不一致；

  • 串口助手数据位/停止位/校验位不一致；

  • 系统时钟配置不对，导致串口实际波特率偏差；

  • USB 转 TTL 电平不匹配；

  • GND 没接好或接触不良。

先把两边都设成：

115200, 8N1

如果还是乱码，再回 CubeMX 看 Clock Configuration 有没有红色错误。

3. 编译报 huart1 未定义

说明你的工程里没有 huart1。

可能原因：

  • 你配置的是 USART2，所以句柄是 huart2；

  • 你配置的是 USART3，所以句柄是 huart3；

  • CubeMX 没有生成 USART 初始化代码；

  • app_uart.c 里 APP_UART_HANDLE 没改。

解决方法：

打开 CubeMX 生成的串口初始化文件或 main.c，找到实际句柄，比如：

UART_HandleTypeDef huart2;

然后把 app_uart.c 里的宏改成：

#define APP_UART_HANDLE huart2

4. printf() 没输出，但 App_UART_Print() 能输出

说明串口发送本身是通的，问题在 printf() 重定向。

优先检查：

  • app_uart.c 里是否有 fputc()；

  • app_uart.c 是否加入 Keil 工程；

  • main.c 是否包含 <stdio.h>；

  • Keil 是否勾选 Use MicroLIB；

  • 工程里是否有另一个 fputc() 或重定向函数冲突。

5. 输出不换行

建议使用：

printf("Hello STM32\r\n");

不要只写：

printf("Hello STM32\n");

有些串口助手对 \n 的显示不够友好， \r\n 更稳。

6. 中文输出乱码

新手阶段建议先用英文和数字输出。

中文涉及源码编码、串口助手编码显示、终端字体等问题，容易把简单问题复杂化。

先确认英文：

Hello STM32

能稳定输出，再考虑中文。

本篇小结

这一篇我们完成了 STM32 串口打印的第一步。

你现在至少应该知道：

  • 串口 TX/RX 要交叉连接；

  • STM32 和串口助手参数必须一致；

  • 常用参数是 115200, 8N1；

  • CubeMX 里 USART 要选择 Asynchronous；

  • HAL_UART_Transmit() 可以阻塞发送数据；

  • fputc() 可以把 Keil 下的 printf() 重定向到串口；

  • 换 USART1/2/3 时要改 APP_UART_HANDLE；

  • 串口没输出时，先查运行、接线、COM 口、波特率和 GND。

下一篇我们继续沿着串口往下走：

STM32 串口接收一个字节：先把 RX 中断跑通。

有了接收能力以后，板子就不只是能“说话”，还能听电脑发来的命令。

# stm32 # 单片机 # 嵌入式硬件
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