📋 文章目录

本文记录了嵌入式开发中 USART 串口通信的学习过程，包含理论学习、环境搭建、代码实现与问题排查等内容。以下是文章结构概览：

1. 📅 学习进度概览
2. 📝 学习记录与问题追踪
   1. 1. 理论学习与概念梳理
   2. 2. 环境搭建与第一个工程
   3. 3. 轮询模式工程创建：代码实现与调试过程
   4. 4. 中断模式工程创建：代码实现与调试过程
   5. 5. DMA模式工程创建：代码实现与调试过程
   6. 6. printf重定向到usart串口上，实现printf打印信息到串口助手上

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📅 学习进度概览

当前学习阶段：嵌入式开发 - USART 串口通信

当前使用的开发板：STM32F407VGT6-Disk

开始时间：2026 年 8 月 22 日

学习目标：

• 理解 USART（通用同步异步收发器）的基本工作原理
• 掌握 STM32（或其他 MCU）的 USART 外设配置流程
• 能够实现基本的串口收发功能（查询/中断/DMA 方式）
• 记录并解决学习过程中遇到的实际问题

注意：本文中每个实验均另开了一个工作空间并重新创建项目，并非在原先工程上做出改变

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📝 学习记录与问题追踪

1. 理论学习与概念梳理

时间：2026/08/16

内容：

• 复习了串行通信与并行通信的区别。
• 理解了 USART 与 UART 的关键差异：USART 支持同步模式（有时钟线），UART 仅支持异步。
• 学习了波特率、数据位、停止位、奇偶校验等关键参数的含义。

2. 环境搭建与第一个工程

时间：2026/08/20

内容：

• 使用 STM32CubeMX 初始化 USART 外设，生成代码。
• 使用 STM32CubeIDE 进行开发。
• 使用 USB 转 TTL 模块连接电脑配合串口助手工具进行调试。

遇到的问题：

• 串口助手打印结果乱码
• 串口助手无打印结果
• 配合 printf 函数重定向但 printf 函数没能打印出结果

3. 轮询模式工程创建：代码实现与调试过程

时间：2026/08/20

使用 STM32CubeMX 创建新工程，并开启外部高速晶振（HSE）作为系统时钟源。

创建工程，开启外部晶振：

配置时钟：

修改 debug 模式：

开启串口为异步模式：

勾选为每个外设单独生成 .c/.h 文件

生成代码，使用 VS Code 打开项目，借助扩展包采用提示词工程给出的代码写好测试发送的代码

打开 CubeIDE，代码自动更新，点击小锤子编译，无报错无警告

按照设置的串口连接好硬件及开发板，为 USB 转 TTL 模块下载好驱动，本文采用波特律动串口助手中提供的驱动下载链接下载好 CH340 型号驱动，并按如图方式连接好硬件部分，TXD 接 PA10，RXD 接 PA9，并将 USB 口接在电脑上

烧录代码

打开波特律动串口助手，选择好串口并开启，查看串口信息打印

遇到的实际问题与解决方案：

• 发现串口有东西打印出来，且打印间隔为原 while 函数中设置的 1 秒，但是打印出来的数据是乱码，本应该是 "Hello World"
• 时间间隔没问题，则程序确实进入了 while 循环，且循环没问题，但数据乱码，问题大概率出在波特率不匹配，硬件接线问题
• [最终解决方案]：修改连接的串口，我最终改成使用usart2串口，使用PA2,PA3两个引脚，--取消时钟配置--并重新生成代码，代码最终逻辑如图，波特率，校验位等无任何修改，最终得到串口输出结果
• 

改写代码为接收电脑发送的数据，并用发送函数检验是否收到

最终也能成功返回发送的数据

• 最后总结原因：成功与失败的最大区别是取消了外部晶振提供时钟，采用的内部HSI，大概率就是这个原因影响了串口

4.中断模式工程创建：代码实现与调试过程

时间：2026/08/21

MX工程创建与轮询方式类似，但本次不使用外部时钟，且勾选usart2的全局中断，点击usart2的NVIC标签，勾选全局中断，保存并生成代码，代码仅需将发送，接收函数加上_IT后缀，将传递的超时时间字段去掉即可。

编译并烧录，查看串口助手打印结果

结果在未发送任何数据时界面不断发送空，发送了R0后界面不断发送R0回来

查看代码发现将两个中断模式的发送接收函数都写到while循环里了，中断模式不像轮询模式一样，是非阻塞的，会一直循环执行，导致循环过快而显示如图样式，只要将中断接收函数放到while循环外即可，但是一般不会将中断发送放在while循环里，不然也会导致上述结果，一般是中断接收后调用中断处理函数HAL_UART_RxCpltCallback，此函数可自己重新定义一下，并将逻辑写入，而后中断接收完成后将执行函数中的逻辑

那有要求中断接收不能放在while循环里，要保证能不断接收则可将中断接收函数放在中断处理函数的末尾，这样中断处理函数逻辑完成前就会进入下一次中断接收。

5.DMA模式工程创建：代码实现与调试过程

时间：2026/08/21

MX项目创建只要基于中断模式下再添加DMA通道即可，如图分别添加Rx和Tx的DMA通道保持默认设置即可

保存并生成代码，发送、接收函数仅需在中断发送函数的基础上将_IT后缀改为_DMA即可，我在中断回调处理函数中加上了阻塞式发送并在末尾补上DMA接收，将接收数组放在PV注释对中以防报错

编译，烧录，查看串口助手，发现能正常接收并回复

接收不定长数据

主要靠的是串口空闲中断，使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle，这个函数也有阻塞，中断，DMA三种方式，也是通过修改后缀即可使用，另外，使用此函数对应的回调函数也有所不同，这里应使用HAL_UARTEx_RxEventCallback回调函数，这里我直接使用DMA方式在本工程里进行测试结果如图，由于我定义的数组长度是50，所以发送过长时触发了传输过半中断，故而后面的数据没能返回，可以使用_HAL_DMA_DISABLE_IT函数取消传输过半中断。

6.printf重定向到usart串口上，实现printf打印信息到串口助手上

时间：2026/08/21

目前尝试了各种方法，如重写fputc函数，重写_write函数，关闭半主机模式（代码实现，写在fputc函数后）均未能实现，须待解决

解决方法如下：

经过排查，最终通过以下方案成功实现了 printf 重定向。核心思路是：在 STM32CubeIDE 环境中(GCC编译环境)，重写 __io_putchar 函数，将 printf 的输出字符逐个通过 HAL 库的串口发送函数送出，同时关闭半主机模式以避免链接错误。

第一步（最重要的步骤）：将usb转ttl接口的3v3的引脚接到板子的3v3接线柱上，其他接口照旧（Rx接Tx，Tx接Rx，共GND）

第二步：包含头文件

在 usart.h 的 /* USER CODE BEGIN Includes */ 区域添加标准输入输出头文件：

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

第三步：重写 __io_putchar 函数

在 usart.c中， /* USER CODE BEGIN 1 */ 之间添加如下代码。这里使用阻塞式发送 HAL_UART_Transmit，将 printf 输出的每个字符通过 USART2 发送出去：

int __io_putchar(int ch)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
  return ch;
}

第四步：修改主函数测试

while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    printf("Hello World!\n\r");
    HAL_Delay(1000);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

第五步：测试结果

关键注意事项：

• 串口句柄匹配：__io.putchar 中使用的 huart2 必须与 CubeMX 中实际配置的串口句柄一致。如果使用 USART1，则改为 &huart1。
• 波特率匹配：确保 CubeMX 中配置的波特率与串口助手一致（如 115200），否则会出现乱码。
• 换行符：建议在 printf 字符串末尾添加 \r\n，否则串口助手可能不会正确换行。
• 接线：一定要接3v3

完成以上步骤后，重新编译烧录，打开串口助手即可看到 printf 打印的信息。