STM32——串口通信（USART）

一、串口通信 基础知识

1. 什么是串口通信

串口是 单片机与外界通信最简单、最常用的方式 。它通过 两根线（TX 发送、RX 接收） 实现数据互相传输：

• 单片机 → 电脑 / 其他模块：发送数据（TX）
• 电脑 / 其他模块 → 单片机：接收数据（RX）

一句话理解：串口就是单片机的 "嘴巴" 和 "耳朵"，能发数据、能听数据。

2. 串口通信的作用

• 程序调试（打印日志）
• 与蓝牙、WiFi、GPS 模块通信
• 与上位机（电脑）交互
• 单片机之间互相通信

3. 串口通信的关键参数

必须收发双方完全一致，否则乱码：

1. 波特率：通信速度（常用 9600、115200）
2. 数据位：8 位（标准）
3. 停止位：1 位
4. 校验位：无校验（None）
5. 流控制：无

4. STM32 串口资源

• STM32F103 有 3 个串口：USART1、USART2、USART3
• 默认引脚：
  • USART1：TX=PA9，RX=PA10
  • USART2：TX=PA2，RX=PA3
  • USART3：TX=PB10，RX=PB11

最常用：USART1（PA9、PA10）

5. 串口通信工作流程

电脑发数据 → RX 引脚收到 → 进入接收中断 → 读取数据单片机发数据 → TX 引脚发出 → 电脑接收显示

二、复用功能（串口必须用复用功能）

1. 什么是 GPIO 复用功能

一个 GPIO 引脚不只是输入 / 输出，还能变成：

• 串口收发
• 定时器 PWM
• SPI、I2C
• 外部中断

这种多功能切换 就叫 复用功能。

2. 为什么串口必须用复用功能

TX、RX 不是普通输入输出，而是 串口外设专用功能引脚，必须开启复用模式。

3. 串口关键引脚模式

• TX（PA9） ：复用推挽输出（GPIO_Mode_AF_PP）
• RX（PA10） ：浮空输入 / 上拉输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）

4. 必记知识点

• 串口必须开启 GPIO 时钟
• 串口必须开启 USART 外设时钟
• 引脚必须配置为 复用功能

三、重映射（串口引脚重定义）

1. 什么是重映射

有些引脚不够用，可以把默认串口引脚 换到别的引脚，这就叫重映射。

2. USART1 重映射规则

• 默认：TX=PA9，RX=PA10
• 重映射：TX=PB6，RX=PB7

开启重映射需要：

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1, ENABLE);

3. 重映射作用

• 方便布线
• 解决引脚冲突
• 灵活分配硬件资源

4. 不重映射也能用

直接用默认引脚 PA9、PA10 最简单。

四、中断嵌套控制器 NVIC（串口中断）

1. 为什么要用串口中断

• 不用一直循环检测是否收到数据
• 收到数据自动进入中断
• 效率高、不占用 CPU

2. NVIC 在串口中断中的作用

• 开启串口接收中断
• 设置中断优先级
• 管理中断嵌套

3. 串口中断优先级规则

• 数字越小，优先级越高
• 抢占优先级 > 子优先级
• 一般设置：
  • 抢占优先级：1
  • 子优先级：1

4. 串口接收中断流程

电脑发数据 → RX 收到 → 触发中断 → 进入中断服务函数 → 读取数据

五、STM32 串口 USART 标准配置步骤

1、提前配置：中断分组（整个工程只配一次）

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

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第 1 步：开启 GPIO 时钟 + 串口时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(
    RCC_APB2Periph_GPIOA |
    RCC_APB2Periph_USART1,
ENABLE);

第 2 步：配置 TX（PA9）复用推挽输出

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

第 3 步：配置 RX（PA10）浮空输入

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

第 4 步：配置串口参数（波特率、数据位等）

USART_InitTypeDef USART_InitStruct;

USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;
USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl =
USART_HardwareFlowControl_None;

USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

第 5 步：开启接收中断（可选）

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

第 6 步：配置 NVIC 中断优先级

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

第 7 步：使能 USART 外设

USART_Cmd(USART1, ENABLE);

六、串口发送 / 接收标准函数模板

1. 发送一个字节

void Usart_SendByte(USART_TypeDef *USARTx, uint8_t byte)
{
    USART_SendData(USARTx, byte);
    while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

2. 发送字符串

void Usart_SendString(uint8_t *str)
{
    while(*str)
    {
        Usart_SendByte(USART1, *str);
        str++;
    }
}

3. 串口接收中断服务函数

void USART1_IRQHandler(void)
{
    uint8_t ch;
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {
        ch = USART_ReceiveData(USART1);
        // 处理收到的数据
        USART_SendData(USART1, ch); // 回显
    }
}

七、浓缩口诀

开时钟 → 配 TX 复用 → 配 RX 输入 → 配置串口参数 → 开中断 → 配 NVIC → 使能串口

八、串口常用对应表

串口	TX	RX	中断函数
USART1	PA9	PA10	USART1_IRQHandler
USART2	PA2	PA3	USART2_IRQHandler
USART3	PB10	PB11	USART3_IRQHandler

九、新手必避 4 个坑

1. TX 必须是复用推挽输出
2. RX 必须是浮空输入
3. 波特率必须和串口助手一致
4. 必须使能 USART 外设