STM32 USART串口通信完全指南：从基础概念到printf函数应用
STM32 USART串口通信完全指南：从基础概念到printf函数应用
本文详细介绍了STM32微控制器的USART串口通信功能，包括USART的基本概念、硬件结构、配置方法以及如何使用printf函数进行数据传输。通过本文，读者可以掌握STM32 USART串口通信的完整实现过程，适合有一定嵌入式系统基础的工程师或爱好者学习。
USART简介
USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器
USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里
自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s
可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2）
可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）
支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN
STM32F103C8T6 USART资源：USART1、USART2、USART3
USART框图
USART基本结构
波特率发生器
发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定
计算公式：波特率 = fPCLK2/1/ (16 * DIV)
数据模式
HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示
文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示
ASCII码表：
接线图
函数介绍
这两个函数是用来配置同步时钟输出的，包括时钟是不是要输出，时钟的极性相位等参数
void USART_ClockInit(USART_TypeDef* USARTx, USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct);
void USART_ClockStructInit(USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct);
这个可以开启USART到DMA的触发通道
void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState);
下面两个函数是发送数据和接收数据,这两个函数在我们发送和接收的时候会用到（这两个函数很重要）SendData就是写DR寄存器，ReceviceData就是读DR寄存器，DR寄存器有四个寄存器控制发送和接受
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
代码配置
串口发送功能
1.定义结构体变量
//定义结构体变量
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//定义GPIO结构体变量
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;//定义USART1结构体变量
2.开启时钟
把需要的USART和GPIO的时钟打开
//开启时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);//开启USART1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//开启GPIO A族的时钟
3.GPIO初始化
把TX配置成复用输出，RX配置成输入
//配置GPIO
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//这里选择复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;//只需要发送 所以只配置PA9引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速率
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
4.配置USART
用结构体配置参数
//配置USART
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;//串口模式 TX发送 RX接受 这里选择发送模式
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位 这里选择无校验
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
5.开启USART
//开启USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);//使能USART1
完整函数
void USART_Config(void)
{
//定义结构体变量
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//定义GPIO结构体变量
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;//定义USART1结构体变量
//开启时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);//开启USART1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//开启GPIO A族的时钟
//配置GPIO
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//这里选择复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;//只需要发送 所以只配置PA9引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速率
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//配置USART
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;//串口模式 TX发送 RX接受 这里选择发送模式
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位 这里选择无校验
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//开启USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);//使能USART1
}
功能函数
//发送数据
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
USART_SendData(USART1, Byte);
//等待发送完成
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
主函数
#include "USART.h"
int main(void)
{
USART_Config();
Serial_SendByte('A');//也可以写成 Serial_SendByte(0x41);
while(1)
{
}
}
功能函数封装
发送数组
//发送数组
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
uint16_t i;
for(i = 0; i < Length; i++)
{
Serial_SendByte(Array[i]);
}
}
主函数
#include "USART.h"
int main(void)
{
USART_Config();
uint8_t arr[4] = {0x41, 0x42, 0x43, 0x44};
Serial_SendArray(arr, 4);
while(1)
{
}
}
发送字符串
//发送字符串
void Serial_SendString(char *String)
{
uint8_t i;
for(i = 0; String[i] != '\0'; i++)
{
Serial_SendByte(String[i]);
}
}
主函数
#include "USART.h"
int main(void)
{
USART_Config();
Serial_SendString("HelloWorld!\r\n");
while(1)
{
}
}
发送字符形式的数字
uint32_t Serial_Pow(uint32_t x, uint32_t y)
{
uint32_t Result = 1;
while(y--)
{
Result *= x;
}
return Result;
}
//发送字符形式的数字
void Serial_SendNum(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
uint8_t i;
for(i = 0; i < Length; i++)
{
Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
}
}
主函数
#include "USART.h"
int main(void)
{
USART_Config();
Serial_SendNum(12345, 5);
while(1)
{
}
}
printf函数在串口中的应用
使用printf函数需要把Use Micr LIB勾选上 MicroLIB是Keil为嵌入式平台优化的精简库。
将printf函数进行重定向，因为printf函数是输出到屏幕，单片机没有屏幕，所以我们需要将printf函数打印的东西输出到串口。
方法一
重写fputc函数，fputc函数是printf函数的底层，printf函数在打印的时候，就是不断调用fputc函数一个一个打印的，我们把fputc函数重定向到串口，那么printf自然就输出到串口了。
int fputc(int ch, FILE *f)
{
Serial_SendByte(ch);
return ch;
}
这里需要在头文件中声明stdio.h
主函数
#include "USART.h"
int main(void)
{
USART_Config();
printf("NUM=%d\r\n", 666);
while(1)
{
}
}
这种方法只能一个串口使用，重定向串口1了，串口2就用不了
方法二
如果多个串口想用printf函数，可以用sprintf，sprintf可以指定打印的位置，不涉及重定向的东西，所以每个串口都可以使用sprintf进行格式化打印
主函数
#include "USART.h"
int main(void)
{
USART_Config();
char String[100];
sprintf(String, "NUM=%d\r\n", 666);
Serial_SendString(String);
while(1)
{
}
}
方法三
封装sprintf函数，首先先添加头文件，#include <Stdarg.h>
char* format 这个参数用来接收格式化字符串，... 用来接收后面的可变参数列表，在函数里面首先定义输出的字符串，然后定义一个参数列表变量va_list arg，va_list是一个类型名，arg是变量名。然后接收参数表，放在arg里面，之后vsprintf打印可变参数，然后释放参数表，最后发送字符串。
//封装sprintf
//char* format 这个参数用来接收格式化字符串
//... 用来接收后面的可变参数列表
void Serial_Printf(char* format, ...)
{
char String[100];//定义输出字符串
va_list arg;//定义一个参数列表变量
va_start(arg, format);//从format位置开始接收参数表，放在arg里面
vsprintf(String, format, arg);
va_end(arg);//释放参数表
Serial_SendString(String);
}
主函数
#include "USART.h"
int main(void)
{
USART_Config();
Serial_Printf("NUM=%d\r\n", 555);
while(1)
{
}
}
printf显示汉字的方法
UTF8的方法
如果这个位置选择的是UTF8
串口助手里需要选择UTF8
在C/C++配置里的Misc Controls 加上--no-multibyte-chars
打印你好世界
GB2312的方法
这里为GB2312
串口助手需要选择GBK
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