前言

在没有显示屏的情况下，我们如何知道程序运行到了哪一步？传感器采集的数据是多少？串口可以将单片机中的变量、状态等信息发送到各种设备上。今天，我们就来搞定 STM32 的 UART 发送与接收。

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一、 串口通信基础：UART 是什么？

UART（通用异步收发传输器）是一种简单的串行通信协议。它只需要两根线：

• TX (Transmit)：发送数据。
• RX (Receive)：接收数据。

（请先共地）

核心参数（必须两端一致）：

1. 波特率 (Baud Rate)：通信速度（如 115200 bps）。
2. 停止位 (Stop Bits)：标志一帧数据的结束。
3. 校验位 (Parity)：用于奇偶校验，通常设为 None。

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二、 实战步骤：串口打印与数据回传

我们将实现两个功能：

1. 每隔一秒向电脑发送“Hello STM32!”。
2. 串口中断回传：电脑发给单片机什么，单片机就立刻原样回传（Echo）。

1. CubeMX 配置

• 选择引脚：在左侧菜单栏选择 Connectivity -> USART1。
• 模式设置：Mode 选择 Asynchronous（异步模式）。
• 参数设置：
  • Baud Rate: 115200 Bits/s
  • Word Length: 8 Bits
  • Parity: None
  • Stop Bits: 1
• 开启中断 (重点)：点击 NVIC Settings 选项卡，勾选 USART1 global interrupt 的 Enabled。这是实现高效接收的关键。
• 生成代码：点击右上角 GENERATE CODE。

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2. 编写逻辑代码

功能一：阻塞式发送 (Polling Mode)

在 main.c 的 while(1) 循环中，我们可以直接发送字符串。

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
    char msg[] = "Hello STM32! \r\n";
    // 参数：串口句柄，数据指针，数据长度，超时时间(ms)
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), 100);

    HAL_Delay(1000);

    /* USER CODE END WHILE */
}

功能二：中断式接收 (Interrupt Mode)

阻塞式接收（HAL_UART_Receive）会让程序死等，效率极低。实际开发中，我们使用中断。

第一步：开启接收中断
在 main() 函数的 /* USER CODE BEGIN 2 */ 区域调用一次：

/* USER CODE BEGIN 2 */
uint8_t rxBuffer; // 定义一个接收缓冲区（单个字节）
// 开启接收中断，每收到 1 个字节触发一次中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rxBuffer, 1);
/* USER CODE END 2 */

第二步：编写回调函数
在 main.c 的末尾（USER CODE BEGIN 4 区域）编写中断触发后的逻辑。

/* USER CODE BEGIN 4 */
// 当串口接收到指定数量的数据后，HAL库会自动调用这个回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1)
    {
        // 1. 将接收到的数据原样发回
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &rxBuffer, 1, 10);

        // 2. 重新开启中断（非常重要！HAL库的中断接收是一次性的）
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rxBuffer, 1);
    }
}
/* USER CODE END 4 */

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3. 终极技巧：重定向 printf

每次都写 HAL_UART_Transmit 太麻烦了？我们可以把 C 语言的标准 printf 函数重定向到串口，这样就能像在电脑上编程一样使用 printf 了。

在 main.c 中添加以下代码（需 #include <stdio.h>）：

/* USER CODE BEGIN 0 */
#ifdef __GNUC__
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
  return ch;
}
/* USER CODE END 0 */

注：如果你使用的是 Keil，记得在 Project Settings 里勾选 “Use MicroLIB”。

现在，你可以在代码里随处调用 printf("传感器数值: %d \r\n", sensor_value); 了！

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三、 常见问题与坑 (Troubleshooting)

1. 串口助手乱码：
   • 检查波特率是否匹配（工程里是 115200，助手也要设为 115200）。
   • 检查外部晶振频率是否与 CubeMX 中配置的一致。
2. 只能发不能收：
   • 检查 HAL_UART_Receive_IT 是否在 while(1) 之前调用了。
   • 检查是否在回调函数里忘记了再次开启中断。
3. printf 无输出：
   • 检查是否勾选了 “Use MicroLIB”。
   • 确保 fputc 重定向代码已正确添加。

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四、 总结

UART 是 STM32 最基础也最重要的外设之一。

• 发送：简单打印调试信息，推荐重定向 printf。
• 接收：推荐使用中断模式（HAL_UART_Receive_IT），或者更高级的 DMA + 串口空闲中断（适合处理长数据包，我们以后再聊）。

学会了串口，你就拥有了观察程序内部运行的“超能力”。

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[下一篇预告：STM32 中断系统与按键消抖]