目录
[2.1 实验原理](#2.1 实验原理)
[2.2 实验软件](#2.2 实验软件)
[3.1 代码开发](#3.1 代码开发)
[3.2 原理图设计](#3.2 原理图设计)
[4.1 核心代码理解](#4.1 核心代码理解)
[4.2 实验结果](#4.2 实验结果)
[4.3 问题与想法](#4.3 问题与想法)
一、实验目的
1、掌握STM32F103串口数据接收程序设计流程；
2、熟悉STM32固件库的基本使用。
二、实验要求
2.1 实验原理
1、串口通信的主要方式包括查询和中断，本实验可选择其中一个方式进行实验；
2、STM32F103R6通过串口接收数据，每接收到一个字节，立即向对方发送一个相同内容的字节，并把该字节的十六进制码显示在两位数码管上。
2.2 实验软件
电脑、Keil uVision5软件、Proteus 8 Professional软件。
三、实验****过程
3.1 代码开发
按照书本中实验流程在Keil中完成串口查询或者中断方式实验的代码开发。
3.2 原理图设计
在Proteus中完成原理图的设计，下图为串口通信实验原理图。
图1 串口通信实验原理图
四、实验记录与总结
4.1 核心代码理解
根据本次实验需求，主要处理两个部分的逻辑：一是串口收发逻辑，二是收到数据解析后点亮对应数码管显示。同时，这两部分逻辑进一步细分：对于串口收发逻辑：串口配置初始化、串口发送单字节数据、串口接收单字节数据；对于数据解析与数码管显示：数码管初始化配置、数据解析、写入控制端口点亮相应LED实现数码管显示。
整体而言，本次我使用轮询方式进行串口数据发送，使用中断方式进行串口数据接收，因此在串口配置初始化部分会涉及到串口端口配置、串口配置以及相关中断优先级配置等内容，因此必然需要创建GPIO、USART、NVIC初始化的结构体对象，用于后续相关参数配置和初始化。然后所有外设控制首先需要开启相应的时钟，控制外设工作频率使其稳定工作，本次使用的外设即GPIO和串口USART，代码如图2所示。
图2 结构体对象创建及开启时钟
首先对串口端口进行初始化。根据提供电路原理图知本次使用的串口引脚为PA9、PA10，对应TX与RX，查看手册可知使用的为USART1。由于TX进行发送，即要不断对外输出0或1，因此PA9端口配置为推挽输出，考虑到此时PA9并非作为标准IO口，而是复用串口功能，因此最终配置为复用推挽输出，速率10MHz即可；同理，RX进行接收，即要不断等待外部输入0或1，因此PA10端口配置为浮空输入即可，串口端口核心配置代码如图3所示。
图3 串口端口核心配置代码
其次是对串口功能进行配置。根据串口通信协议数据格式及相关要求可知，对于串口配置主要设置串口波特率、数据长度、停止位位数、收发模式、校验位、硬件流控等。因为本次实验需要同时进行收发，因此串口模式为既收又发的模式，一般使用数据长度使用8位，停止位1位，校验即奇偶校验一般也不使用，硬件流控不开启，然后波特率可通过传参手动设置，代码中对串口结构体参数配置后进行初始化即可，如图4所示。
图4 串口功能配置核心代码
紧接着就是配置一下串口1接收中断的优先级，也就是NVIC，然后启动接收中断和串口工作。由于本次只涉及到接收中断这一个，因此对于优先级配置何值没有太大影响，所以我配置的抢占优先级和子优先级均为2，然后使能NVIC并将配置参数放入结构体初始化，最后启动串口接收中断以及串口总使能位，代码如图5所示。
图5 中断优先级配置及串口使能
然后是数据发送部分。只需要调用串口1的发送数据函数，传入待发送的单字节数据，并等待发送完成即可，代码如图6所示。
图6 发送单字节数据
接着是数据接收部分。本次使用接收中断，因此是当收到数据时，会触发串口1接收中断，进入中断处理程序执行相应逻辑，因此重写中断处理程序，其中逻辑即接收非空时将数据用全局变量rx_data记录，然后清除中断标志位即可。当然，我定义了一个全局接收状态标志变量isReceive，这里会被置1，进而执行接收后回显收到数据操作，代码如图7所示。
图7 中断接收数据
接着是数据回显与数据解析并显示。前面提到我使用了接收状态标志isReceive变量，即当isReceive置1时执行回显逻辑，然后对状态位清零避免无休止进入。
在解析数据前，先准备好数码管显示0-9、A-F的共阳极字段码（也就是各个数字对应输入相应LED控制端口的0或1组合），使用数组按照数字顺序存储，便于建立显示数字与输入相应端口端口电平的映射关系。然后定义变量display_word记录解析得到的16位二进制。
由于需求为显示发送的8位二进制的16进制数，因此我的逻辑为截断接收的16进制数为两个单独的4位二进制数，也就是我要分别显示在两个数码管的十进制数值。又因为显示在数码管上也就是点亮对应的LED，而两个数码管一共恰好16个LED，根据电路连接可知恰好使用了GPIOB的全部端口，因此只需要将这俩数值对应的8位字段码进行顺序拼接后写入GPIOB的所有端口位即可，具体就是把分离的两个数值作为数码管字段码数组索引得到的对应8位二进制，然后放在高8位写入的就左移8位并与另外8位二进制进行位或即可拼接完成，然后存在display_word中，最后使用GPIO_Write函数写入即可，代码如图8所示。
图8 数据接收与解析显示
4.2 实验结果
在keil中编译代码完成后，将生成的,hex文件加载到protesu8.9中电路图的32芯片中，然后运行即可。对电脑端的串口助手设置好波特率9600（与程序设置波特率一致），然后设置收发数据格式为16进制后，发送数据可得如图9效果。
图9 程序运行结果
4.3 问题与想法
1、问题
（1）在进行proteus仿真串口收发时，收发数据出现乱码；
（2）发送数据后接收不到。
2、想法
（1）根据书上所述以及查询资料得知，proteus仿真stm32串口通信时需要手动配置一下系统初始化函数的时钟源，使用HIS内部时钟源8MHz，并根据proteus中对32芯片设置的时钟频率修改相应分频系数。
（2）就本次实验而言，发送数据前一定要检查串口助手收发的数据格式是否改成了16进制发送或接收，否则直接发送十六进制数会当成多字节数据或错误数据发生，导致单片机端接收单字节数据出错。
五、小结
通过本次串口通信实验，我熟练掌握了 STM32F103 串口接收程序的设计流程，深入理解了查询与中断两种通信方式的应用场景，能灵活运用轮询发送、中断接收的组合模式实现数据交互。
同时，我熟悉了 STM32 固件库中 GPIO、USART、NVIC 等核心外设的配置方法，掌握了串口初始化、波特率设置、中断优先级配置等关键步骤。在解决 Proteus 仿真乱码、数据接收失败等问题的过程中，学会了排查时钟源配置、数据格式设置等常见故障，提升了问题解决能力。
此外，通过代码编写与原理图设计的结合，加深了对嵌入式系统硬件与软件协同工作的理解，为后续复杂嵌入式项目开发奠定了坚实基础。