STM32F103RCT6标准库串口配置详解

一、串口通信基础理论

1.1 串口通信概述

串口通信（Serial Communication）是嵌入式系统中常用的数据交换方式，通过两条线（TX发送线、RX接收线）和地线（GND）实现全双工或半双工通信。其核心优势在于硬件成本低、连接简单，适用于低速数据传输场景。在STM32F103RCT6中，串口模块（USART/UART）支持多种通信参数配置，包括波特率、数据位、停止位和校验位，需与通信对端严格匹配以确保数据完整性。

1.2 关键参数详解

• 波特率：单位时间内传输的符号数（如9600波特率表示每秒传输9600个符号），需与对端设备一致。

• 数据位：数据帧中有效信息的位数（常见为8位），影响单次传输的数据量。

• 停止位：标识数据帧结束的位（1位、1.5位或2位），用于同步时钟。

• 校验位：可选的奇偶校验位，用于简单错误检测（如奇校验、偶校验）。

1.3 硬件连接规范

STM32F103RCT6的串口引脚需遵循交叉连接原则：

• 发送端（TX）连接对端接收端（RX）

• 接收端（RX）连接对端发送端（TX）

• 地线（GND）需共地

例如，USART1的TX（PA9）接对端RX，RX（PA10）接对端TX。

二、标准库串口配置步骤

2.1 初始化流程

标准库配置串口需完成以下步骤：

1. 时钟使能：启用USART及GPIO时钟。

2. GPIO配置：设置TX为复用推挽输出，RX为浮空输入。

3. USART复位：初始化前复位外设。

4. 参数初始化：配置波特率、数据位、停止位等。

5. 中断配置（可选）：启用接收中断并配置NVIC。

6. 使能USART：启动串口模块。

2.2 代码实现示例

以下以USART1为例，展示完整配置代码：

#include "stm32f10x.h"



void USART1_Init(uint32_t bound) {

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;



// 1. 使能时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);



// 2. 配置GPIO

// TX (PA9)

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);



// RX (PA10)

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);



// 3. USART复位

USART_DeInit(USART1);



// 4. 配置USART参数

USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; // 波特率

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 8位数据

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; // 无硬件流控

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 发送+接收

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



// 5. 启用中断（可选）

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 接收中断



// 6. 配置NVIC

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 抢占优先级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 子优先级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);



// 7. 使能USART

USART_Cmd(USART1, ENABLE);

}

2.3 中断服务函数

中断模式下需实现接收回调函数，例如：

void USART1_IRQHandler(void) {

if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {

uint8_t data = USART_ReceiveData(USART1); // 读取数据

// 处理数据（如存入缓冲区或触发其他逻辑）

}

}

三、数据发送与接收实现

3.1 发送数据

通过USART_SendData函数发送数据，需等待发送完成：

void USART1_SendChar(char ch) {

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 等待发送缓冲区空

USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);

}



void USART1_SendString(char *str) {

while (*str) {

USART1_SendChar(*str++);

}

}

3.2 接收数据

接收方式分为轮询和中断两种：

• 轮询模式：通过USART_GetFlagStatus检查RXNE标志位。

• 中断模式：通过回调函数处理接收数据，适合高实时性场景。

3.3 重定向printf

通过重定向fputc函数实现printf输出到串口：

int fputc(int ch, FILE *f) {

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);

USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);

return ch;

}

四、高级应用与优化

4.1 DMA传输

通过DMA实现高速数据传输，减少CPU占用。需配置DMA通道并关联USART数据寄存器。

4.2 多主机通信

在多设备场景中，需通过硬件流控（RTS/CTS）或软件协议（如帧头帧尾）避免冲突。

4.3 故障排除

• 无数据收发：检查硬件连接、波特率匹配、时钟使能。

• 数据错乱：增大缓冲区、优化中断优先级。

• 死机：避免在中断中执行耗时操作。

五、完整工程示例

5.1 工程结构

Project/
├── Core/
│   ├── Inc/
│   │   └── usart.h
│   ├── Src/
│   │   └── usart.c
│   └── Startup/
│       └── startup_stm32f10x_hd.s
├── User/
│   ├── main.c
│   └── stm32f10x_it.c
└── Libraries/
├── CMSIS/
└── STM32F10x_StdPeriph_Driver/

5.2 主函数示例

#include "stm32f10x.h"

#include "usart.h"



int main(void) {

// 初始化系统时钟、GPIO等

SystemInit();



// 初始化USART1

USART1_Init(115200);



while (1) {

printf("Hello, STM32!
");

Delay_ms(1000);

}

}

六、总结

STM32F103RCT6的串口配置涉及时钟、GPIO、USART及中断的协同工作。通过标准库提供的API，开发者可灵活实现基础通信功能，并通过DMA、多主机协议等高级特性优化性能。实际应用中需结合硬件连接、通信协议及调试工具（如串口助手）进行综合验证，确保系统稳定运行。