【物联网学习笔记】串口发送

悠哉悠哉愿意2026-03-12 18:42

前言

本文是本人备赛物联网赛项的学习笔记，主要供本人学习、复习，不是经验分享或教学，若有错误，大佬轻喷。

一、串口核心基本原理

1. 基础核心概念

  • 通信类型 ：USART 通用同步异步收发器，本场景使用异步串行通信（UART），全双工传输，无需时钟线，仅靠 TX（发送）、RX（接收）两根线完成通信。
  • 蓝桥杯标准参数：115200 波特率、8 位数据位、无校验位、1 位停止位（简称 8N1），串口助手必须与该参数完全一致，否则出现乱码。
  • 核心标志位 ：
    • TXE：发送数据寄存器空，标志数据已从 DR 寄存器转入移位寄存器，可写入下一个数据
    • TC：发送完成，标志一帧数据完全从移位寄存器发送到 TX 引脚
  • HAL 库核心函数 ：HAL_UART_Transmit() 阻塞式发送函数，是串口发送的核心底层函数。

2. CT127C 开发板专属硬件链路

本开发板仅 1 个 USB 口，同时承担供电、下载、串口通信功能，完整通信链路如下：STM32WLE5CCU6的USART2_TX(PA2)/RX(PA3) → CH443K模拟开关芯片 → DAPLink调试器MCU → 开发板唯一 USB 口 → 电脑串口助手

CH443K 芯片关键逻辑

CH443K 是单刀双掷模拟开关，用于切换 NODE A/B 两块开发板的串口通道，核心规则：

SEL 引脚电平 选中通道 导通链路 赛项使用场景
低电平 CH0 DEBUGGER_TX/RX ↔ A_TXD/RXD（NODE A 板） 蓝桥杯默认使用，无需手动配置
高电平 CH1 DEBUGGER_TX/RX ↔ B_TXD/RXD（NODE B 板） 双板通信场景使用

注：通道切换由 DAPLink 调试器内置程序完成，比赛时无需我们编写 SEL 引脚控制代码，只需专注 USART2 配置即可。

3. 串口发送完整工作流

  1. 初始化 GPIO 引脚，将 PA2/PA3 复用为 USART2 的 TX/RX 功能
  2. 配置 USART2 参数（波特率、数据位等），使能外设时钟与串口外设
  3. 将要发送的数据写入串口数据寄存器 DR
  4. 硬件自动将数据转入发送移位寄存器，按设定的波特率，逐位从 TX 引脚发送出去
  5. 发送完成后，自动置位对应标志位，等待下一次数据写入

二、STM32CubeMX 保姆级配置流程

所有步骤严格对应蓝桥杯 CT127C 开发板（主控 STM32WLE5CCU6），每一步标注截图位置与要求

步骤 1：新建工程，选择目标芯片

  1. 打开 STM32CubeMX，点击「ACCESS TO MCU SELECTOR」进入芯片选择界面
  2. 搜索框输入STM32WLE5CCU6，在右侧列表选中该型号，点击「Start Project」新建工程

步骤 2：调试接口配置（必做，否则程序无法下载）

  1. 左侧「System Core」下拉菜单，选择「SYS」
  2. 右侧「Debug」选项，下拉选择「Serial Wire」（串行线调试模式，对应开发板的 DAPLink 调试器）
  3. 其余参数保持默认

步骤 3：RCC 与时钟树配置（核心，决定波特率是否准确）

3.1 外部晶振配置
  1. 左侧「System Core」下拉菜单，选择「RCC」
  2. 右侧「High Speed Clock (HSE)」选项，下拉选择「Crystal/Ceramic Resonator」（外部高速晶振）
  3. 其余参数保持默认
3.2 时钟树配置（蓝桥杯标准配置）
  1. 顶部切换到「Clock Configuration」时钟树选项卡
  2. 按以下参数配置，确保 USART2 时钟源准确：
    • HSE 输入频率：32MHz（开发板板载晶振参数）
    • 系统主频配置为 48MHz（STM32WLE5CCU6 最大主频）
    • USART2 时钟源选择系统时钟，确保时钟频率与波特率计算匹配
  3. 配置完成后，无红色报错提示

步骤 4：USART2 串口核心配置

4.1 引脚功能映射
  1. 在芯片引脚预览图中，找到PA2引脚，左键点击，在弹出菜单中选择「USART2_TX」
  2. 找到PA3引脚，左键点击，在弹出菜单中选择「USART2_RX」
  3. 配置完成后，PA2/PA3 引脚变为绿色高亮状态
4.2 串口参数配置
  1. 左侧「Connectivity」下拉菜单，选择「USART2」
  2. 右侧「Mode」选项，下拉选择「Asynchronous」（异步模式，串口通信最常用模式）
  3. 下方「Configuration」参数栏，按蓝桥杯标准配置：
    • Baud Rate（波特率）：115200 Bits/s
    • Word Length（数据位）：8 Bits
    • Parity（校验位）：None
    • Stop Bits（停止位）：1
    • Data Direction（数据方向）：Receive and Transmit（收发双向使能，方便后续扩展接收功能）
    • Oversampling（过采样）：16 Samples
  4. 其余参数保持默认

步骤 5：工程管理与代码生成配置（必做，否则 Keil 无法正常打开工程）

5.1 工程基础配置
  1. 顶部切换到「Project Manager」选项卡
  2. 「Project」栏目配置：
    • Project Name：设置工程名称（严禁使用中文、空格、特殊字符）
    • Project Location：设置工程保存路径（严禁使用中文路径）
    • Toolchain/IDE：下拉选择「MDK-ARM V5」（对应 Keil5 开发环境）
  3. 其余参数保持默认
5.2 代码生成规则配置（蓝桥杯开发规范）
  1. 左侧切换到「Code Generator」选项卡
  2. 核心勾选项（必须勾选，否则代码结构混乱，无法分文件管理）：
    • ✅ Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files per peripheral（每个外设生成独立的.c/.h 文件，方便代码复用与管理）
  3. 其余参数保持默认

步骤 6：生成工程代码

  1. 点击界面右上角「GENERATE CODE」按钮，等待代码生成
  2. 生成完成后，在弹出的弹窗中点击「Open Project」，直接打开 Keil MDK 工程

三、Keil MDK 保姆级配置与代码编写

代码结构与博客按键模块完全一致：app.c 存放函数实现，app.h 存放函数声明与宏定义 ，所有用户代码必须写在/* USER CODE BEGIN X */和/* USER CODE END X */之间，否则重新生成 CubeMX 代码时，用户编写的内容会被直接覆盖！

3.1 Keil 工程基础配置（必做，解决 printf 串口打印卡死问题）

  1. 打开 Keil 工程后，点击界面顶部的魔术棒图标（Options for Target），打开配置界面
  2. 切换到「Target」选项卡，勾选「Use MicroLIB」
  3. 点击「OK」保存配置

关键说明：MicroLIB 是 Keil 针对嵌入式系统优化的微型 C 标准库，不勾选该选项时，使用 printf 函数会因半主机模式导致程序卡死，是新手最高频踩坑点。【截图 10：Keil 魔术棒配置界面，需高亮显示 Target 选项卡下 Use MicroLIB 的勾选状态】【截图 11：Keil 工程主界面，需显示左侧工程文件树，包含 usart.c、gpio.c、main.c 等生成的文件】

3.2 新增 app.c 与 app.h 文件（与博客结构一致）

3.2.1 新建 app.h 文件（函数声明与宏定义）
  1. 在 Keil 左侧工程文件树中，右键点击「Application/User/Core」文件夹，选择「Add New Item to Group 'Application/User/Core'...」
  2. 在弹出的窗口中，选择「Header File (.h)」，文件名为app.h，点击「Add」
  3. 在app.h文件中，编写以下代码（所有内容写在文件开头即可，无需 USER CODE 块，因为是用户自建文件）：
cpp 复制代码 
#ifndef __APP_H
#define __APP_H

// 包含必要的HAL库头文件，提供UART_HandleTypeDef等类型定义
#include "stm32wlxx_hal.h"
// 包含字符串处理头文件，提供strlen函数
#include "string.h"

/****************************************
 * 函数名：uart2_send_string
 * 功  能：USART2字符串发送封装函数
 * 入  参：Data - 要发送的字符串首地址
 * 说  明：阻塞式发送，超时时间0xFFFF，避免发送失败卡死
 ****************************************/
void uart2_send_string(const unsigned char *Data);

#endif

知其所以然：

  • #ifndef __APP_H / #define __APP_H / #endif：头文件保护机制，防止 app.h 被重复包含导致编译报错
  • 函数声明放在.h 文件：C 语言要求函数先声明后调用，.h 文件相当于 "函数说明书"，让 main.c 等其他文件能识别该函数【截图 12：app.h 文件代码界面，需完整显示所有代码】
3.2.2 新建 app.c 文件（函数实现）
  1. 在 Keil 左侧工程文件树中，右键点击「Application/User/Core」文件夹，选择「Add New Item to Group 'Application/User/Core'...」
  2. 在弹出的窗口中，选择「C File (.c)」，文件名为app.c，点击「Add」
  3. 在app.c文件中，编写以下代码（所有内容写在文件开头即可，无需 USER CODE 块，因为是用户自建文件）：
cpp 复制代码 
// 包含自建的app.h头文件，确保函数声明与实现一致
#include "app.h"
// 包含标准输入输出头文件，提供printf函数的底层定义
#include "stdio.h"

/****************************************
 * 函数名：uart2_send_string
 * 功  能：USART2字符串发送封装函数
 * 入  参：Data - 要发送的字符串首地址
 * 说  明：阻塞式发送，超时时间0xFFFF，避免发送失败卡死
 ****************************************/
void uart2_send_string(const unsigned char *Data)
{
    // 声明串口2句柄（CubeMX自动生成，定义在usart.c文件中）
    extern UART_HandleTypeDef huart2;
    // HAL库串口发送核心函数：句柄、数据首地址、数据长度、超时时间
    HAL_UART_Transmit(&huart2, Data, strlen((const char *)Data), 0xFFFF);
}

/****************************************
 * 函数名：fputc
 * 功  能：printf函数重定向，实现printf串口输出
 * 说  明：重写C库fputc底层函数，将printf输出指向串口2
 ****************************************/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    extern UART_HandleTypeDef huart2;
    // 单个字符串口发送
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (unsigned char *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}

知其所以然：

  • extern UART_HandleTypeDef huart2;：告诉编译器 huart2 这个变量在其他文件（usart.c）中已经定义过了，这里直接使用即可
  • fputc 函数：是 C 标准库中 printf 的底层输出函数，重写该函数后，所有 printf 的输出都会通过串口 2 发送出去【截图 13：app.c 文件代码界面，需完整显示所有代码】

3.3 main 函数中调用（仅需包含 app.h，简洁清晰）

打开工程左侧「Application/User/Core」文件夹下的main.c文件，按以下步骤修改：

3.3.1 包含 app.h 头文件

找到/* USER CODE BEGIN Includes */代码块，仅添加#include "app.h"即可，无需再包含其他头文件：

cpp 复制代码 
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "app.h"  // 包含自建的app.h，即可使用所有串口发送函数
/* USER CODE END Includes */
3.3.2 主函数循环调用

找到main函数的while(1)主循环，在/* USER CODE BEGIN WHILE */和/* USER CODE END WHILE */之间添加发送代码：

cpp 复制代码 
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  // 定义测试计数变量，用于格式化输出演示
  uint8_t test_cnt = 0;
  while (1)
  {
    // 方式1：调用自定义封装函数，发送固定字符串
    uart2_send_string((unsigned char *)"【蓝桥杯CT127C】串口发送测试成功\r\n");
    
    // 方式2：使用printf格式化输出，支持变量、数字等灵活打印（和电脑C语言用法完全一致）
    printf("系统运行正常，当前测试次数：%d\r\n", test_cnt);
    
    // 计数变量自增
    test_cnt++;
    
    // 延时1000ms，实现1秒发送1次的效果
    HAL_Delay(1000);
    /* USER CODE END WHILE */

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

关键说明：\r\n是串口换行符，必须添加，否则串口助手接收的内容会无换行、显示混乱。【截图 14：main.c 文件代码界面，需完整显示头文件包含与主循环调用代码】

3.4 代码编译与程序下载

  1. 代码编译：点击 Keil 界面顶部的 Build 按钮（编译图标），等待编译完成
  2. 程序下载：用 USB 线连接开发板与电脑，点击 Keil 界面顶部的 Download 按钮（下载图标）

四、实验现象验证与串口助手配置）

4.1 电脑端串口助手配置（必须与工程参数完全一致）

  1. 打开串口调试助手（推荐 SSCOM、野火串口助手等）
  2. 端口选择：在设备管理器中查看开发板对应的 COM 口，选中该端口
  3. 串口参数配置（与工程完全匹配）：
    • 波特率：115200
    • 数据位：8
    • 停止位：1
    • 校验位：无
    • 流控：无
  4. 点击「打开串口」按钮，使能串口接收
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