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手把手教你用 Keil 玩转 STM32 串口通信：从零到“Hello World”的完整实战

当你的 STM32 不说话？可能是 UART 没调通

你有没有遇到过这样的场景：
代码烧进去了，开发板也上电了，但串口助手却一片漆黑——没有一个字输出。
或者更糟，屏幕上全是乱码，像外星人发来的密文。

别急，这几乎是每个嵌入式新手都会踩的坑。而问题的核心，往往就出在UART 配置上。

今天我们就来彻底解决这个问题。不讲虚的，只说干货——带你用Keil MDK + STM32F103C8T6实现稳定可靠的串口收发，做到“我说你听，你说我回”，真正打通 MCU 和 PC 之间的第一条数据通道。

整个过程将涵盖：硬件连接、工程搭建、时钟配置、GPIO映射、波特率计算、数据收发逻辑，以及常见问题排查。全程基于标准外设库（StdPeriph），让你看懂每一行代码背后的含义。

准备好了吗？我们开始。

为什么是 UART？它凭什么成为嵌入式的“普通话”

在五花八门的通信协议中，UART 虽然古老，却是最实用的一种。它不需要同步时钟线，只需要两根线（TX 和 RX）就能完成全双工通信，适合点对点、低速到中速的数据传输。

STM32 几乎每款芯片都集成了多个 USART/UART 外设。以经典的STM32F103C8T6（俗称“蓝丸子”）为例：

• USART1：挂载在 APB2 总线，最高时钟 72MHz，支持高速通信
• USART2：挂载在 APB1 总线，最高时钟 36MHz
• UART3：同样在 APB1，功能略少

它们都能实现异步串行通信，支持可编程波特率（如 9600、115200）、8位或9位数据位、奇偶校验、1~2位停止位等参数。

更重要的是，所有调试日志、AT指令交互、Bootloader升级，几乎都依赖 UART。可以说，不会 UART，等于不会嵌入式开发。

先搞明白：UART 是怎么传数据的？

UART 的通信是“异步”的，意味着发送方和接收方没有共享时钟信号。那它是如何保持同步的呢？

答案是：双方提前约定好波特率。

比如我们都设为 115200 bps，即每秒传送 115200 个比特。然后靠这个节奏来采样每一位数据。

一个典型的数据帧结构如下：

举个例子，你要发字符'A'（ASCII = 0x41 =0b01000001），实际在线上传输的顺序是：

[起始位] 1 0 0 0 0 0 1 0 [停止位] ↑ LSB ↑ MSB

注意：低位在前！

STM32 的 UART 模块通过几个关键寄存器控制这一切：

• USART_DR：写入要发送的数据，或读取接收到的数据
• USART_SR：查看状态，比如 TXE（发送缓冲空）、RXNE（接收非空）
• USART_BRR：设置波特率分频系数
• USART_CR1~CR3：启用发送/接收、中断、DMA 等功能

只要把这些寄存器配对了，UART 就能跑起来。

引脚怎么接？别让 GPIO 成了拦路虎

再好的配置，如果引脚没接对，也是白搭。

对于 STM32F103C8T6 来说：

• USART1_TX→ PA9
• USART1_RX→ PA10

这两个引脚必须配置为复用功能模式：

• PA9（TX）：复用推挽输出（AF_PP）
• PA10（RX）：浮空输入（IN_FLOATING）

为什么这么配？

• TX 是输出，要驱动外部电路，所以用推挽；
• RX 是输入，等待对方送信号进来，不用上下拉，避免干扰原始电平。

同时别忘了：开启对应外设时钟！

这是很多初学者忽略的关键一步。STM32 默认关闭所有外设时钟以省电，所以我们得手动打开：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

APB2？因为 USART1 属于高速总线 APB2，而 GPIOA 也在同一组，必须一起开。

波特率怎么算？别让误差毁了一切

波特率不准，通信必崩。理想情况下，接收端应在每位中间采样，但如果频率偏差太大（>±3%），就会采样错位，导致乱码。

STM32 的波特率由以下公式决定：

$$
\text{BaudRate} = \frac{f_{PCLK}}{16 \times (\text{DIV_Mantissa} + \frac{\text{DIV_Fraction}}{16})}
$$

其中：
- 若是 USART1（APB2），$ f_{PCLK} = 72MHz $
- 若是 USART2/3（APB1），$ f_{PCLK} = 36MHz $

我们想要115200 bps，代入计算：

$$
\frac{72000000}{16 \times 115200} ≈ 39.0625
$$

所以整数部分DIV_Mantissa = 39，小数部分DIV_Fraction = 1（0.0625 × 16 = 1）

幸运的是，标准库已经帮我们封装好了：

USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;

内部会自动计算并写入 BRR 寄存器。

但建议你在设计时优先选择能让分频结果为整数的波特率，例如 72MHz 下 115200 刚好接近整除，误差仅 0.15%，非常安全。

上手写代码：从初始化到回环测试

下面这段代码，是你实现 UART 通信的“最小可行系统”。

#include "stm32f10x.h" #define BUFFER_SIZE 64 void USART1_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; // 1. 开启时钟：GPIOA 和 USART1 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 2. 配置 PA9 为复用推挽输出（TX） 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); // 3. 配置 PA10 为浮空输入（RX） GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 4. 配置 USART1 参数 USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 收发模式 USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // 5. 启动 USART1 USART_Cmd(USART1, ENABLE); } // 发送单字节 void USART_SendChar(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t ch) { while (!USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE)); // 等待发送缓冲空 USART_SendData(USARTx, ch); } // 发送字符串 void USART_SendString(USART_TypeDef* USARTx, char *str) { while (*str) { USART_SendChar(USARTx, *str++); } } int main(void) { char rxBuffer[BUFFER_SIZE]; int len = 0; USART1_Config(); USART_SendString(USART1, "STM32 UART通信已启动！\r\n"); while (1) { if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE)) { // 收到数据？ rxBuffer[len++] = USART_ReceiveData(USART1); // 判断是否收到换行符或缓冲满 if (len >= BUFFER_SIZE - 1 || rxBuffer[len-1] == '\n') { rxBuffer[len] = '\0'; // 添加字符串结束符 USART_SendString(USART1, "你输入的是: "); USART_SendString(USART1, rxBuffer); len = 0; // 清空缓冲区 } } } }

关键点解读：

• RCC_APB2PeriphClockCmd()：必须先开时钟，否则后面配置无效。
• GPIO_Mode_AF_PP：复用推挽，TX 才能正常输出高/低电平。
• USART_FLAG_RXNE：表示接收数据寄存器非空，可以读取。
• 主循环采用轮询方式监听数据，适合入门学习；后续可升级为中断或 DMA。

运行效果：你在串口助手输入任意内容，MCU 会原样回显，并加上前缀"你输入的是: "。

Keil 工程怎么建？一步步带你走通流程

现在回到 Keil uVision，教你从零创建一个可用的工程。

第一步：新建项目

1. 打开 Keil uVision
2. Project → New uVision Project
3. 保存路径不要有中文
4. 选择芯片型号：STM32F103C8

✅ 提示：Keil 会自动加载对应的启动文件（startup_stm32f10x_md.s）

第二步：添加源文件

你需要把以下文件加入项目：

• system_stm32f10x.c：系统时钟初始化
• startup_stm32f10x_md.s：启动汇编（Keil 自动加）
• stm32f10x_usart.c,stm32f10x_gpio.c,stm32f10x_rcc.c：标准外设库源码
• 你的主程序main.c

建议建立如下分组：

Project ├── User ← main.c ├── Drivers ← stm32f10x_xx.c ├── CMSIS ← core_cm3.c, startup file └── Config ← system_stm32f10x.c

第三步：配置编译选项

右键“Target” → Options for Target：

【Output】标签页

• ✔ Generate HEX File：方便后期使用下载工具

【Debug】标签页

• Use ST-Link Debugger：选择仿真器
• Settings → Connect: SWD → Max Clock 设为 4MHz（稳定优先）

【C/C++】标签页

• Define:USE_STDPERIPH_DRIVER, STM32F10X_MD
• Include Paths:
  .\Inc .\Libraries\CMSIS .\Libraries\StdPeriph_Driver\inc

【User】标签页（可选）

• 在 After Build/Rebuild 中勾选 “Run #1”
• 输入："C:\Program Files\STMicroelectronics\Software\Flash Loader Demonstrator\FlashLoader.exe" $L@H

这样编译后可自动调用 STM32 Flash Loader 工具下载程序。

硬件怎么连？一根 USB-TTL 搞定一切

你需要一块USB 转 TTL 模块（常用 CH340G 或 CP2102 芯片）：

⚠️ 注意事项：
-不要同时接 ST-Link 和 USB-TTL 的 VCC，可能导致电源冲突
- 如果使用独立供电，确保共地（GND 连在一起）
- PA9/PA10 不要接其他负载，避免影响通信电平

PC 端使用串口助手（如 XCOM、SSCOM、PuTTY）打开对应 COM 口，波特率设为 115200，8-N-1。

上电后你应该立刻看到：

STM32 UART通信已启动！

接着输入任何内容，比如hello+ 回车，会收到：

你输入的是: hello

恭喜，你已经打通了第一道通信关卡！

遇到问题怎么办？这些“坑”我都替你踩过了

别慌，下面是高频故障排查清单：

还有一个隐藏陷阱：串口助手默认发送的是 ASCII 字符，但可能带 CR/LF。如果你只判断\n，记得在助手里勾选“发送新行”。

进阶思路：下一步你可以做什么？

你现在掌握的是“轮询 + 缓冲区”的基础模型。接下来可以尝试：

1. 改用中断接收

减少 CPU 占用，提升响应速度：

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

在USART1_IRQHandler()中处理接收事件。

2. 重定向printf

让 C 标准库的printf直接输出到串口：

int fputc(int ch, FILE *f) { USART_SendChar(USART1, ch); return ch; }

之后就可以直接printf("ADC Value: %d\r\n", value);调试了。

3. 结合传感器做数据上报

比如读取 DHT11 温湿度，通过串口传给 PC 显示。

4. 对接 ESP8266/WiFi 模块

用 AT 指令控制模块联网，实现远程监控。

写在最后：UART 是起点，不是终点

当你第一次看到自己的 STM32 在串口助手中说出“Hello World”，那种成就感，就像第一次点亮 LED 一样纯粹。

但请记住：UART 不是用来炫技的，而是解决问题的工具。

它是你调试系统的耳朵和嘴巴，是你与设备对话的语言。掌握了它，你就拿到了进入嵌入式世界的第一把钥匙。

未来你可以用 HAL 库、CubeMX 快速生成代码，也可以玩 FreeRTOS 多任务调度，甚至用 DMA 实现零拷贝通信。

但无论技术如何演进，理解底层原理的人，永远拥有更强的掌控力。

如果你正在学习 STM32，不妨现在就打开 Keil，照着这篇文章动手试一遍。
只有亲手让代码跑起来，才算真正学会。

有任何问题，欢迎留言讨论。
我们一起，把每一个“不说话”的板子，变成会思考的智能终端。

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