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STM32串口通信引脚复用配置：从原理到实战的完整指南

你有没有遇到过这种情况——代码写得一丝不苟，编译通过，下载运行，结果串口就是没输出？或者接收到的数据全是乱码？别急，这很可能不是你的代码有问题，而是引脚没配对。

在STM32开发中，串口通信看似简单，但背后隐藏着一套精密的“资源调度系统”——引脚复用机制。它决定了哪个GPIO能干哪件事。今天我们就来彻底搞清楚：如何让PA9真正变成USART1的TX，而不是一个“假装是串口”的普通IO。

为什么STM32的串口不能直接用？

我们先抛开寄存器和代码，从一个现实问题说起。

假设你手里有一块STM32F103C8T6最小系统板（俗称“蓝 pill”），想用USART1打印调试信息。查资料发现TX应该接PA9，RX接PA10。于是你高高兴兴地连上线、烧程序……可电脑端的串口助手一片寂静。

这时候你可能会怀疑：
- 波特率设错了？
- 晶振坏了？
- 线路虚焊？

但最可能的原因只有一个：PA9根本就没被切换成串口功能。

引脚复用的本质：一场“角色分配”

STM32的每个GPIO引脚都像一个“多面手演员”，可以扮演多种角色：
- 普通输入/输出（推灯、读按键）
- I²C 的 SCL/SDA
- SPI 的 MOSI/MISO
- USART 的 TX/RX
- ADC 输入
- 甚至内部时钟输出……

而默认情况下，所有引脚都处于“普通IO模式”。要想让它转行当“串口发送员”，就必须明确下达指令：“你现在不是普通IO了，你是USART1的TX！”

这个过程，就叫引脚复用（Alternate Function）。

USART与UART：到底有什么区别？

在深入配置前，先厘清两个常被混用的概念。

一句话总结：USART = UART + 同步功能。但在大多数应用中，我们都把它当UART用（异步模式），所以经常统称为“串口”。

STM32通常提供多个实例，如USART1、USART2、USART3等，其中部分支持重映射，部分固定绑定。

引脚复用的核心三步走

要让一个GPIO成功变身串口引脚，必须完成以下三个关键步骤：

1. 打开时钟电源
2. 设置引脚为复用模式
3. 指定具体复用功能编号（AFx）

下面我们以经典的USART1使用PA9(TX) + PA10(RX)为例，一步步拆解。

第一步：给外设“供电”——时钟使能

这是90%初学者踩的第一个坑：忘了开时钟。

STM32采用模块化时钟设计，每个外设独立供电。如果不开启GPIOA和USART1的时钟，哪怕你把寄存器写穿，硬件也不会响应。

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 给GPIOA上电 __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); // 给USART1上电

⚠️ 注意顺序：必须先开时钟，再操作寄存器。否则一切配置都将无效。

第二步：告诉引脚“你要做什么”——模式配置

接下来要告诉PA9：“你现在是复用推挽输出”，告诉PA10：“你是复用输入”。

这两个概念很关键：

为什么TX要用“推挽”？因为需要主动驱动高低电平；而RX只是监听线路状态，不需要输出，所以设为输入即可。

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽输出 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速响应 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1; // AF7对应USART1 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

注意这里的Alternate = GPIO_AF7_USART1——这就是传说中的AF编号。

第三步：AF编号的秘密：谁才是真正的“身份ID”

STM32允许每个引脚支持最多16种复用功能（AF0 ~ AF15）。比如PA9，在不同AF编号下可能是：
- AF0：TIM2_CH4（定时器）
- AF1：LSE（低速晶振）
-AF7：USART1_TX
- AF8：MCO（主时钟输出）

所以，即使你把PA9设成了复用模式，如果AF编号选错，它依然不会变成串口！

查阅《STM32F1参考手册》第3章“Pinouts and pin description”可知：
- USART1_TX 可用引脚：PA9（AF7）、[PB6（重映射后AF7）]
- USART1_RX 可用引脚：PA10（AF7）、[PB7（重映射后AF7）]

✅ 正确姿势：PA9 + AF7 = USART1_TX

重映射：当你不想用默认引脚时怎么办？

有时候，PA9已经被用来点LED了，还想用USART1怎么办？答案是：重映射（Remap）。

某些STM32系列（尤其是F1）支持通过AFIO模块将默认引脚迁移到其他位置。例如：

启用重映射只需一行宏：

__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE(); // 必须先开AFIO时钟！ __HAL_AFIO_REMAP_USART1_ENABLE(); // 启用USART1重映射到PB6/PB7

然后重新配置PB6和PB7为AF7即可：

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

🔥 关键提醒：重映射必须先使能AFIO时钟，否则等于没开！

寄存器级视角：看看HAL库背后发生了什么

虽然HAL库简化了开发，但我们不妨看看底层究竟做了什么。

以PA9为例，HAL最终会操作以下寄存器：

// 1. 设置模式：MODER 寄存器 GPIOA->MODER &= ~(0x3 << (9*2)); // 清除原有模式 GPIOA->MODER |= (0x2 << (9*2)); // 设置为复用功能（10b） // 2. 设置输出类型：OTYPER GPIOA->OTYPER &= ~(1 << 9); // 推挽输出（0） // 3. 设置复用功能：AFRL（低8位）或 AFRH（高8位） GPIOA->AFR[1] &= ~(0xF << (9%8)*4); // 清除AF字段 GPIOA->AFR[1] |= (7 << (9%8)*4); // 写入AF7

📌 小知识：PA0~PA7 使用AFRL，PA8~PA15 使用AFRH

这些操作才是真正的“灵魂所在”。HAL库只是把这些细节封装了起来。

实战避坑指南：那些年我们一起掉过的坑

以下是开发者最常见的几个“致命错误”及其解决方案：

❌ 问题1：串口完全无反应

现象：PC端收不到任何字符
排查思路：
- [ ] 是否开启了GPIO和USART时钟？
- [ ] TX引脚是否配置为AF_PP？
- [ ] AF编号是否正确（AF7）？
- [ ] 是否调用了HAL_UART_Init()？

💡 秘籍：可以用示波器测PA9是否有起始位脉冲。没有脉冲说明根本没发出去。

❌ 问题2：接收不到数据

现象：发送正常，但MCU收不到外部设备回传
常见原因：
- RX引脚误设为普通输入而非AF_INPUT
- 接线反了（TX-RX交叉连接）
- 波特率偏差过大（特别是使用内部RC振荡器时）

✅ 正确做法：

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT; // 必须是AF输入！ HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

❌ 问题3：数据乱码

现象：收到一堆奇怪符号
可能原因：
- 波特率不匹配（主机 vs MCU）
- 时钟源不准（HSI精度差，建议用HSE）
- 数据帧格式不符（如停止位应为1却设为2）

✅ 解决方案：

huart1.Init.BaudRate = 115200; huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; // 确保一致 huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;

❌ 问题4：重映射无效

现象：启用了重映射，但新引脚仍无法通信
罪魁祸首：
- 忘记使能AFIO时钟
- 新引脚未配置为复用模式
- 多个重映射位同时置位导致冲突

✅ 正确流程：

__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE(); __HAL_AFIO_REMAP_USART1_ENABLE(); // 再配置新的GPIO Config_PB6_PB7_as_USART1();

工程师的设计智慧：如何合理规划串口资源？

在一个复杂项目中，往往需要同时使用多个串口连接GPS、LoRa、蓝牙、上位机等设备。这时合理的引脚规划至关重要。

推荐实践原则：

1. 保留USART1用于调试输出
   - 固定使用PA9/PA10（避免重映射带来的不确定性）
   - 方便后期升级固件或日志抓取

2. 优先选择非重映射引脚
   - 减少依赖AFIO配置，提升兼容性
   - 降低启动阶段初始化复杂度

3. 避免AF功能混淆
   - 如PB6既可以是I2C1_SCL（AF4），也可以是USART1_TX（重映射AF7）
   - 若同时用I2C和串口，尽量避开共用引脚

4. 利用STM32CubeMX可视化配置
   - 图形化拖拽引脚，自动生成正确AF设置
   - 实时检查冲突，极大减少人为错误

🛠 示例架构：

[STM32] ├── USART1: PA9/TX → USB-TTL → PC（调试） ├── USART2: PA2/TX → GPS模块 ├── USART3: PB10/TX → LoRa E32 └── UART4: PC10/TX → 蓝牙HC-05

总结：掌握引脚复用，才算真正入门STM32

串口通信看似只是“发几个字节”，但它背后涉及的知识体系非常完整：
- 时钟树管理
- GPIO工作模式
- 复用功能映射
- 外设初始化流程
- 错误诊断能力

当你能熟练回答以下问题时，说明你已经掌握了这项核心技能：

✅ 如何判断某个引脚是否支持USART功能？
→ 查看数据手册“Pinout”表格中的“AF”列。

✅ 如何确认当前使用的AF编号？
→ 查阅参考手册“Alternate function mapping”章节。

✅ 为什么重映射后还要重新配置GPIO？
→ 重映射只是改变信号路径，引脚本身仍需配置为复用模式。

✅ HAL库和寄存器操作的区别在哪？
→ HAL是抽象封装，寄存器是真实控制，两者本质一致。

如果你正在学习STM32，不妨现在就打开CubeMX，试着把USART1从PA9重映射到PB6，生成代码后再对照本文分析每一行的作用。动手一次，胜读十遍文档。

嵌入式的世界里，没有“理应如此”，只有“确实如此”。每一次成功的通信，都是精确配置的结果。希望这篇文章能帮你打通那最后一层窗户纸。

欢迎在评论区分享你在串口配置中遇到的奇葩问题，我们一起排雷！