4、UART串口通信基础：配置USART1，实现STM32与PC串口助手的数据收发

好，咱们进入第四讲。这一讲要聊的是嵌入式开发里最基础、也最常用的通信方式——UART串口。说白了，就是让STM32和你的电脑“说上话”。

我刚开始学STM32的时候，第一个调通的外设就是串口。为啥？因为串口是调试的“眼睛”。你程序跑没跑、数据对不对、哪里卡住了，全靠它把信息吐出来。所以这一章，咱们把USART1配置好，实现和PC串口助手的双向通信。

4.1 什么是UART？为什么它这么重要？

UART的全称是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器。注意“异步”这两个字——它不需要时钟线，只用两根数据线（TX和RX）就能通信。

它的工作方式，我打个比方：就像两个人约定好，每隔一秒钟说一个字。你说“我”，我听到“我”；你说“是”，我听到“是”。这个“每隔一秒钟”就是波特率。只要双方约定的速度一致，就能准确通信。

我在项目中遇到过一件事：有个同事调了半天串口，数据全是乱码。最后发现是波特率设错了——他代码里写的是115200，但串口助手设的是9600。你想想看，一个说快一个说慢，能对上才怪。

4.2 USART1的硬件连接

STM32的USART1，通常挂在PA9（TX）和PA10（RX）这两个引脚上。当然，不同型号的芯片可能不一样，具体要看数据手册。

连接方式很简单：

• STM32的TX（PA9） → PC串口助手的RX
• STM32的RX（PA10） → PC串口助手的TX
• GND → GND（这个别忘了，我吃过亏）

4.3 配置USART1的步骤

配置USART1，说白了就三步：

1. 使能时钟：GPIO时钟和USART1时钟都要打开
2. 配置GPIO：PA9设为复用推挽输出，PA10设为浮空输入（或上拉输入）
3. 配置USART：设置波特率、数据位、停止位，使能收发

我个人习惯用标准库或者HAL库来配置。下面给一个标准库的示例：

// 1. 使能时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

// 2. 配置GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// TX - PA9 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// RX - PA10 浮空输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 3. 配置USART1
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;        // 波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  // 8位数据位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;      // 1位停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;         // 无校验
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 收发都使能
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

// 4. 使能USART1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);

嗯，这里要注意一点：波特率不是随便设的。它和系统时钟有关。比如系统时钟是72MHz，你设个115200，分频后误差很小。但如果你设个250000，可能误差就大了。我建议用常用的波特率：9600、19200、38400、115200。

4.4 发送和接收数据

配置好了，怎么发数据？很简单，往USART1的数据寄存器里写就行。

// 发送一个字节
void USART1_SendByte(uint8_t data)
{
    USART_SendData(USART1, data);
    // 等待发送完成
    while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

// 发送字符串
void USART1_SendString(char* str)
{
    while(*str)
    {
        USART1_SendByte(*str++);
    }
}

接收呢？有两种方式：查询和中断。查询方式就是不断检查有没有数据来，简单但浪费CPU。中断方式更高效，但配置稍复杂。

先看查询方式：

// 接收一个字节（查询方式）
uint8_t USART1_ReceiveByte(void)
{
    // 等待接收完成
    while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
    return USART_ReceiveData(USART1);
}

中断方式需要配置NVIC，使能USART1接收中断：

// 使能接收中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

// 中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void)
{
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {
        uint8_t data = USART_ReceiveData(USART1);
        // 处理接收到的数据
        // 比如：USART1_SendByte(data);  // 回显
    }
}

4.5 常见问题与避坑指南

串口通信看着简单，但坑不少。我列几个常见的：

• 乱码：多半是波特率不匹配，或者时钟配置错了。检查一下系统时钟是不是你预期的值。
• 收不到数据：先检查接线，TX和RX有没有交叉？GND连了没？我曾经因为没连GND，折腾了半小时。
• 数据丢帧：接收端处理太慢，下一个字节来了，上一个还没读走。解决办法是用中断或DMA，或者加大缓冲区。
• 第一个字节丢失：USART刚使能时，状态寄存器可能还没准备好。可以在使能后加个小延时，或者先发一个空字节。

4.6 实战：让STM32和PC“对话”

好了，理论说完了，咱们动手。目标：STM32上电后，每隔1秒发送"Hello from STM32!"，同时把PC发来的数据原样返回（回显）。

主程序大概这样：

int main(void)
{
    // 初始化
    USART1_Init(115200);
    
    while(1)
    {
        USART1_SendString("Hello from STM32!\r\n");
        Delay_ms(1000);
        
        // 检查是否有数据收到
        if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == SET)
        {
            uint8_t data = USART_ReceiveData(USART1);
            USART1_SendByte(data);  // 回显
        }
    }
}

用串口助手（比如SSCOM、Putty、或者ST官方的串口工具）打开对应端口，波特率设115200，数据位8，停止位1，无校验。你应该能看到STM32不断发来的消息。你在发送区打个字，它也会原样返回。

如果你看到的是乱码，先别慌。检查一下：波特率对不对？时钟配置对不对？接线有没有问题？八成是这三个原因之一。

这一章的内容就到这里。串口是嵌入式开发的“基本功”，一定要亲手调通。下一章，咱们要在这个基础上，让STM32去读取颗粒物传感器的数据，然后通过串口发出来。嗯，那才是咱们课程的核心。