Proteus8 + STM32CubeMX 实现 STM32F103R6 串口通信教程

通过简单的几个步骤，你就能让 STM32F103R6 实现串口通信，轻松发送和接收数据，甚至控制 LED 状态。

一、准备工作

1.1 所需软件

Proteus8（推荐 8.9 及以上版本）
STM32CubeMX（6.0 及以上版本）
Keil MDK-ARM（V5 或 V6 版本）
串口调试助手（如 XCOM、SSCOM 等）
虚拟串口工具（如 VSPD，用于仿真环境调试）

1.2 硬件模型

核心芯片：STM32F103R6（中等容量 STM32F1 系列微控制器）
辅助元件：虚拟串口模块、LED（用于状态指示）、晶振、电阻等

二、使用 STM32CubeMX 创建工程

2.1 新建工程并选择芯片

打开 STM32CubeMX，点击主界面的ACCESS TO MCU SELECTOR。
在搜索框输入STM32F103R6，在搜索结果中选择对应芯片（注意封装匹配，如 LQFP64），点击Start Project。

2.2 配置系统时钟

左侧导航栏选择RCC，在右侧配置界面中：

高速外部时钟（HSE）选择Crystal/Ceramic Resonator（晶体振荡器）。

点击左侧Clock Configuration，配置系统时钟树：

PLL 源选择HSE，PLL 倍频系数设置为9（8MHz HSE → 72MHz 系统时钟）。
APB1 时钟分频设置为2（36MHz），APB2 时钟分频设置为1（72MHz）。

2.3 配置串口参数

左侧导航栏选择USART1，模式设置为Asynchronous（异步模式）。
配置串口基本参数：

波特率：115200
数据位：8 Bits
停止位：1 Bit
校验位：None（无奇偶校验）
硬件流控：Disable（无硬件流控）

此时 PA9（USART1_TX）和 PA10（USART1_RX）会自动配置为串口功能，无需手动修改 GPIO 模式。

2.4 生成工程代码

点击菜单栏Project → Settings，设置：

Project Name：自定义工程名（如STM32_UART_Demo）
Project Location：选择保存路径
Toolchain/IDE：选择MDK-ARM

点击GENERATE CODE生成 Keil 工程，等待代码生成完成。

三、编写串口通信代码

在 Keil 中打开生成的工程，找到main.c文件，添加串口发送函数和主循环逻辑：

复制代码

#include "main.h"
#include <string.h>  // 需包含字符串处理库

UART_HandleTypeDef huart1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);

/**
 * @brief  串口发送字符串函数
 * @param  huart: 串口句柄（如&huart1）
 * @param  str: 待发送的字符串
 */
void UART_SendString(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *str)
{
  // 发送字符串，超时时间设为最大（HAL_MAX_DELAY）
  HAL_UART_Transmit(huart, str, strlen((char*)str), HAL_MAX_DELAY);
}

int main(void)
{
  // 初始化HAL库
  HAL_Init();
  
  // 配置系统时钟
  SystemClock_Config();
  
  // 初始化GPIO和USART1
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  
  // 定义发送和接收缓冲区
  uint8_t welcome_msg[] = "STM32F103R6 UART Example: Send any data\r\n";
  uint8_t rx_buf[100] = {0};  // 接收缓冲区
  uint8_t tx_buf[100] = {0};  // 发送缓冲区
  
  // 上电后发送欢迎消息
  UART_SendString(&huart1, welcome_msg);
  
  while (1)
  {
    // 接收数据（超时时间100ms）
    if (HAL_UART_Receive(&huart1, rx_buf, sizeof(rx_buf)-1, 100) == HAL_OK)
    {
      // 构建应答消息（将接收的数据回传）
      sprintf((char*)tx_buf, "Received: %s\r\n", rx_buf);
      
      // 发送应答消息
      UART_SendString(&huart1, tx_buf);
      
      // 清空接收缓冲区，准备下次接收
      memset(rx_buf, 0, sizeof(rx_buf));
    }
    
    // 短暂延时，降低CPU占用
    HAL_Delay(100);
  }
}

// 以下为自动生成的系统时钟、USART1和GPIO初始化代码（保持默认即可）
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
  // 可在此添加LED等GPIO的初始化代码（如PA0接LED）
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void Error_Handler(void)
{
  __disable_irq();
  while (1)
  {
    // 错误处理：可添加LED闪烁提示
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
    HAL_Delay(500);
  }
}

#ifdef USE_FULL_ASSERT
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
}
#endif

四、编译生成 Hex 文件

在 Keil 中点击工具栏的Build按钮（或按F7）编译工程。
编译成功后，在工程目录的Debug文件夹下会生成.hex文件（如STM32_UART_Demo.hex），用于后续 Proteus 仿真。

五、Proteus 仿真电路设计

5.1 新建 Proteus 工程

打开 Proteus8，点击New Project，输入工程名和路径，选择Create a schematic from scratch。
跳过 PCB 设计步骤（仅需仿真原理图），完成工程创建。

5.2 添加元件

点击界面左侧的Component Mode（P 图标），搜索并添加以下元件：

STM32F103R6（核心芯片）
COMPIM（虚拟串口模块）
RES（电阻，1kΩ）
LED（发光二极管）
CRYSTAL（晶振，8MHz）
CAP（电容，2 个 30pF，用于晶振；1 个 10uF，用于电源滤波）
POWER（电源接口）
GROUND（接地接口）

5.3 电路连接

核心电路连接：

STM32F103R6 的PA9（USART1_TX） → COMPIM的RXD
STM32F103R6 的PA10（USART1_RX） → COMPIM的TXD
晶振两端分别连接OSC_IN（PA8）和OSC_OUT（PA9），并通过 30pF 电容接地
VDD和VSS分别连接电源和地，VDD 与地之间接 10uF 滤波电容

状态指示电路（可选）：

LED 正极通过 1kΩ 电阻连接PA0，负极接地（用于指示系统运行状态）

5.4 配置虚拟串口

双击COMPIM模块，在弹出的配置窗口中：

Physical Port选择一个虚拟串口（如COM1，需与后续调试助手对应）
Baud Rate设置为115200，Data Bits为8，Stop Bits为1，Parity为None
其他参数保持默认，点击OK保存。

六、仿真运行与调试

6.1 加载程序到 STM32

双击 Proteus 中的STM32F103R6芯片，在Program File选项中选择之前生成的.hex文件。
勾选Reset after Program，点击OK。

6.2 配置虚拟串口与调试助手

使用 VSPD 创建一对虚拟串口（如COM1和COM2，需确保未被占用）。
打开串口调试助手，选择与COMPIM配对的串口（如COM2），配置参数：

波特率：115200
数据位：8
停止位：1
校验位：无
勾选发送新行（自动添加 \r\n）

6.3 运行仿真

点击 Proteus 界面左下角的Run Simulation按钮（三角形图标）启动仿真。
此时调试助手会收到 STM32 发送的欢迎消息：STM32F103R6 UART Example: Send any data。
在调试助手的发送框输入任意字符（如Hello UART），点击发送，会收到 STM32 的应答：Received: Hello UART。
若添加了 LED 电路，LED 会间隔 100ms 闪烁，指示系统正常运行。

七、常见问题解决

7.1 仿真无反应，无串口数据

检查 Hex 文件是否正确加载（STM32 属性中确认 Program File 路径）。
确认系统时钟配置（HSE 是否使能，PLL 倍频是否正确）。
检查 Proteus 中 STM32 的电源和地是否连接正确。

7.2 串口通信失败，无应答

确认COMPIM与调试助手的串口参数完全一致（波特率、校验位等）。
检查 TX/RX 引脚是否交叉连接（STM32_TX → COMPIM_RX，STM32_RX → COMPIM_TX）。
虚拟串口未正确创建：使用 VSPD 确认串口对已激活，且无占用冲突。

7.3 Keil 编译报错

检查是否遗漏#include <string.h>（strlen和sprintf函数依赖）。
确认 STM32CubeMX 生成的代码完整（未手动删除关键初始化函数）。

八、扩展应用

本教程实现了基础的串口回传功能，可扩展为：

串口指令控制（如通过特定字符控制 LED 开关）
传感器数据采集（如通过串口发送温湿度数据）
与上位机通信（如 Python/Qt 编写的控制软件）

通过 Proteus 仿真验证后，可直接将代码烧录到实际硬件（STM32F103R6 开发板）进行测试，硬件电路需与仿真电路保持一致。

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