STM32结合FreeModbus的RTU通信实战案例解析
2026/1/16 6:41:49
用STM32F1点亮第一行文字：串口字符型LCD从零开始实战指南
你有没有过这样的经历？写好了传感器采集代码，烧录进STM32板子，满怀期待地打开串口助手……结果只看到一串乱码或者干脆没输出。更糟的是，设备在现场独立运行时，根本没法接电脑调试——它就像个“黑盒子”，出了问题只能靠猜。
今天，我们就来解决这个痛点：让STM32自己“说话”。
不是通过串口发给PC，而是直接驱动一块小小的液晶屏，把系统状态、温度数据、运行提示清清楚楚地显示出来。而我们要用的，是一款对新手极其友好的显示模块——串口字符型LCD，搭配嵌入式开发界的“老将”STM32F1系列。
别被“嵌入式显示”吓到。这一次，我们不需要画图、不用管显存、不研究复杂的时序。只需要一根线，几行代码，就能让你的单片机拥有“视觉”。
为什么是串口字符型LCD？因为它真的简单到离谱
市面上能和MCU对接的显示屏不少：TFT彩屏功能强大但配置复杂；OLED精致小巧却要折腾I2C/SPI驱动；传统的并行接口1602 LCD呢？光控制线就七八根，接错一根就得从头查。
而串口字符型LCD是什么？
你可以把它理解为一个“会看懂串口指令的智能灯牌”。你只要通过UART发字符串过去，比如：
"当前温度: 25.6°C"它就会自动显示在屏幕上。想换行？发个控制命令就行。想清屏？发个0xFE, 0x01。完全不用关心背后的E、RS、RW那些让人头大的时序信号。
它的内部其实集成了一个协处理器（通常是HD44780兼容芯片），外加一个串行转并行的协议解析引擎。你发的数据，它自己会处理成标准的LCD操作流程。换句话说——你是在“打印”，而不是“驱动”。
它到底有多省事？
| 操作 | 传统并行1602 | 串口字符型LCD |
|---|---|---|
| 接线数量 | ≥6根 | 仅需1根TX |
| 初始化代码长度 | 50+行 | <10行 |
| 显示一句话 | 需分批写入DDRAM | 直接printf风格发送 |
| 上手难度 | 新手劝退 | 半小时搞定 |
如果你是个刚学完GPIO点灯、UART通信的新手，这块屏就是你迈向人机交互的第一步。
STM32F1 + 串口LCD：黄金搭档的技术细节拆解
我们选STM32F103C8T6（蓝 pill 核心）作为主控，原因很简单：
- 多达3个USART接口，资源充裕；
- 主频72MHz，处理能力足够；
- GPIO电平3.3V，与大多数串口LCD兼容；
- 社区资料丰富，HAL库支持完善；
- 成本低，适合教学与原型验证。
而串口字符型LCD常见的型号如LCM1602C、GY-1602A等，基本都是基于ST7066U或兼容控制器，支持标准HD44780指令集扩展，并内置UART接收逻辑。
🔍 小知识：虽然叫“串口”，但它通常不是原生UART。很多模块内部用了类似SCM80C51的单片机做桥接，把串口数据翻译成并行时序送给LCD本体。但对我们来说，这不重要——我们只关心“输入什么，输出什么”。
关键参数速览（直接影响设计）
| 项目 | 典型值 | 注意事项 |
|---|---|---|
| 工作电压 | 5V / 3.3V 可选 | 确认模块是否支持3.3V输入 |
| 通信方式 | UART 异步串行 | 波特率默认9600bps |
| 数据格式 | 8N1（8位数据，无校验，1停止位） | 必须匹配STM32设置 |
| 控制命令起始字节 | 0xFE | 后跟具体操作码 |
| 字符编码 | ASCII（0x20 ~ 0x7E） | 不要发中文或特殊控制符 |
| IO电平 | TTL电平（3.3V/5V兼容） | 若模块为5V且无电平转换，需加TXS0108E等芯片 |
⚠️ 血泪教训：我曾烧坏过两块STM32板子，就是因为直接把PA9接到一个5V供电且未做电平隔离的LCD上。记住：STM32 GPIO耐压最大3.6V，超过即有风险！
建议做法：
- 使用自带电平转换电路的模块（淘宝搜“3.3V兼容串口1602”）；
- 或外加电平转换芯片（如TXS0108E、MAX3312）；
- 或使用光耦隔离方案（高可靠性场景）。
原理讲透：它是怎么“读懂”你的命令的？
串口字符型LCD的工作机制可以分为三层：
第一层：物理连接 —— 就是一根TX线
STM32 PA9 (USART1_TX) │ ▼ [可选] 电平转换 │ ▼ LCD_RX 引脚注意：大多数情况下，我们只用单向通信（MCU → LCD）。LCD不会回传数据，所以RX引脚悬空即可。
第二层：协议解析 —— “0xFE” 是它的“唤醒词”
当你发送一个字节0xFE，LCD模块就知道：“接下来要执行命令了！”
紧随其后的字节才是真正的操作码。例如：
| 命令序列 | 功能说明 |
|---|---|
0xFE, 0x01 | 清屏 |
0xFE, 0x80 | 光标跳转至第一行首地址（0x80 = 0x00 + 0x80） |
0xFE, 0xC0 | 跳转至第二行首地址（0xC0 = 0x40 + 0x80） |
0xFE, 0x0C | 开启显示，关闭光标和闪烁 |
0xFE, 0x18 | 整体左移一格（可用于滚动效果） |
这些地址映射来源于HD44780的DDRAM地址结构：
第1行地址：0x00 ~ 0x27 （对应屏幕第1~40列） 第2行地址：0x40 ~ 0x67 （实际显示位置偏移+0x40）但因为我们用的是串口模块，只需记住常用偏移即可，无需手动计算忙标志或延时等待。
第三层：字符渲染 —— 自动写入DDRAM
当你直接发送ASCII字符，比如'A'（0x41），模块会将其存入当前光标位置的DDRAM，并立即刷新显示。
支持的标准字符包括：
- 数字0-9
- 大小写字母A-Z,a-z
- 符号. , : ; ! ? @ # $ % ^ & * ( ) - + = < > [ ] { } \ | ' " / ~ _
- 空格
部分高级模块还支持自定义字符（CGROM），最多可定义8个5×8点阵图标，比如🌡️、⚡、✅等，但这属于进阶玩法。
实战！手把手教你让STM32说出第一句话
下面我们以STM32F103C8T6 + HAL库 + Keil MDK为例，完成一次完整的初始化与显示流程。
步骤1：硬件连接
| STM32F103C8T6 | 串口字符型LCD |
|---|---|
| 3.3V | VCC |
| GND | GND |
| PA9 (USART1_TX) | RX |
✅ 提示：如果模块是5V供电，请务必确认其RX是否支持3.3V输入，否则必须加电平转换！
步骤2：使用STM32CubeMX配置USART1
打开STM32CubeMX，选择芯片后进行如下配置：
- RCC：HSE选择Crystal/Ceramic Resonator
- Clock Configuration：72MHz系统时钟
- USART1：
- Mode: Asynchronous
- Baud Rate: 9600
- Word Length: 8 Bits
- Parity: None
- Stop Bits: 1
- GPIO: PA9 自动设为
USART1_TX复用推挽输出
生成工程，选择MDK-ARM，导出代码。
步骤3：核心代码实现
在main.c中添加以下函数：
#include "usart.h" #include <string.h> #include <stdio.h> // 发送一条原始数据 void LCD_Send(uint8_t *data, uint16_t size) { HAL_UART_Transmit(&huart1, data, size, 100); } // 发送控制命令 void LCD_Command(uint8_t cmd) { uint8_t command[2] = {0xFE, cmd}; LCD_Send(command, 2); HAL_Delay(2); // 给模块留出处理时间 } // 在指定位置写字符串（行列从0开始） void LCD_WriteString(uint8_t row, uint8_t col, char *str) { uint8_t addr; if (row == 0) addr = 0x80 + col; else if (row == 1) addr = 0xC0 + col; else return; LCD_Command(addr); // 设置光标位置 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)str, strlen(str), 100); }步骤4：主函数调用
int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); HAL_Delay(100); // 等待LCD上电稳定 // 初始化LCD LCD_Command(0x01); // 清屏 HAL_Delay(5); LCD_Command(0x0C); // 显示开，光标关 LCD_Command(0x06); // 自动增量模式，不移屏 // 显示内容 LCD_WriteString(0, 0, "Hello STM32!"); LCD_WriteString(1, 0, "Temp: 25.6 C"); while (1) { HAL_Delay(1000); } }编译、下载、上电——恭喜你，屏幕上出现了属于你的第一行文字！
常见坑点与调试秘籍
别高兴太早，实际调试中总会遇到些“玄学”问题。以下是几个高频故障及解决方案：
❌ 屏幕全黑 or 无显示？
- 检查电源是否正常（用万用表测VCC-GND是否有电压）；
- 查看背光是否亮起（有些模块可通过跳帽控制背光）；
- 确认波特率是否一致（尝试9600/115200切换测试）；
❌ 显示乱码 or 方块？
- 波特率不匹配（最常见原因）；
- 数据位/校验位设置错误（确保是8N1）；
- 模块固件异常，尝试断电重启；
❌ 命令无效（不清屏、不换行）？
- 没有在命令前加
0xFE； - 发送太快，模块来不及响应，加入适当延时（2~5ms）；
- 模块不支持该指令（查看模块说明书）；
❌ STM32串口卡死？
- 使用阻塞式
HAL_UART_Transmit时，若线路异常可能导致死锁； - 解决方案：启用中断发送或DMA，避免长时间阻塞；
- 加入超时机制，例如：
c if (HAL_UART_Transmit(&huart1, data, len, 50) != HAL_OK) { // 处理错误，重试或报警 }
进阶思路：让它不只是“显示器”
你以为这只是个静态信息展示工具？远远不止。
结合STM32的其他外设，你可以打造一个真正意义上的微型HMI终端：
✅ 动态刷新 + 实时监控
用定时器每秒读取DS18B20温度，实时更新屏幕：
float temp = Read_Temperature(); char buf[20]; sprintf(buf, "Temp: %.1f C", temp); LCD_WriteString(1, 0, buf);✅ 多页面菜单系统
通过按键切换显示不同界面：
- 页面1：系统状态
- 页面2：传感器数据
- 页面3：错误日志
✅ 自定义图标提升体验
利用CGROM生成自定义字符，比如：
- 🌡️ 表示温度
- 💧 表示湿度
- ⚙️ 表示设置模式
✅ 双输出：既上屏又上报
复用同一串口，通过条件判断同时输出到LCD和PC端：
#ifdef DISPLAY_LCD LCD_WriteString(0,0,"Running..."); #else printf("Running...\n"); #endif写在最后：这是起点，不是终点
当你第一次看到那行“Hello STM32!”出现在小小的屏幕上时，也许会觉得不过如此。但请记住：每一个复杂的图形界面系统，都始于这样一行简单的文本输出。
掌握STM32与串口字符型LCD的协同工作，不仅仅是学会了一个外设的使用方法，更是建立起一种“软硬协同”的思维方式：
- 如何将抽象需求转化为具体电信号？
- 如何通过协议封装降低复杂度？
- 如何在资源受限环境下做出合理取舍？
这些问题的答案，正是嵌入式工程师的核心竞争力。
未来你可以继续挑战SPI TFT屏、LVGL图形库、触摸交互设计……但无论走得多远，不妨回头看看这块小小的字符屏——它是你嵌入式旅程中，最朴实也最坚实的起点。
如果你正在学习STM32，手上正好有一块闲置的串口LCD，不妨今晚就试试点亮它。也许那一瞬间的成就感，就是你坚持下去的理由。
欢迎在评论区分享你的首次显示截图，我们一起见证每一行代码带来的光亮。