STM32F103RCT6標準庫串口配置詳解

一、串口通信基礎理論

1.1 串口通信概述

串口通信（Serial Communication）是嵌入式系統中常用的數據交換方式，通過兩條線（TX發送線、RX接收線）和地線（GND）實現全雙工或半雙工通信。其核心優勢在于硬件成本低、連接簡單，適用于低速數據傳輸場景。在STM32F103RCT6中，串口模塊（USART/UART）支持多種通信參數配置，包括波特率、數據位、停止位和校驗位，需與通信對端嚴格匹配以確保數據完整性。

1.2 關鍵參數詳解

• 波特率：單位時間內傳輸的符號數（如9600波特率表示每秒傳輸9600個符號），需與對端設備一致。

• 數據位：數據幀中有效信息的位數（常見為8位），影響單次傳輸的數據量。

• 停止位：標識數據幀結束的位（1位、1.5位或2位），用于同步時鐘。

• 校驗位：可選的奇偶校驗位，用于簡單錯誤檢測（如奇校驗、偶校驗）。

1.3 硬件連接規范

STM32F103RCT6的串口引腳需遵循交叉連接原則：

• 發送端（TX）連接對端接收端（RX）

• 接收端（RX）連接對端發送端（TX）

• 地線（GND）需共地

例如，USART1的TX（PA9）接對端RX，RX（PA10）接對端TX。

二、標準庫串口配置步驟

2.1 初始化流程

標準庫配置串口需完成以下步驟：

1. 時鐘使能：啟用USART及GPIO時鐘。

2. GPIO配置：設置TX為復用推挽輸出，RX為浮空輸入。

3. USART復位：初始化前復位外設。

4. 參數初始化：配置波特率、數據位、停止位等。

5. 中斷配置（可選）：啟用接收中斷并配置NVIC。

6. 使能USART：啟動串口模塊。

2.2 代碼實現示例

以下以USART1為例，展示完整配置代碼：

#include "stm32f10x.h"



void USART1_Init(uint32_t bound) {

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;



// 1. 使能時鐘

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復位

USART_DeInit(USART1);



// 4. 配置USART參數

USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; // 波特率

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 8位數據

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 無校驗

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 無硬件流控

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

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);



// 5. 啟用中斷（可選）

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



// 6. 配置NVIC

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 搶占優先級

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 子優先級

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);



// 7. 使能USART

USART_Cmd(USART1, ENABLE);

}

2.3 中斷服務函數

中斷模式下需實現接收回調函數，例如：

void USART1_IRQHandler(void) {

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

uint8_t data = USART_ReceiveData(USART1); // 讀取數據

// 處理數據（如存入緩沖區或觸發其他邏輯）

}

}

三、數據發送與接收實現

3.1 發送數據

通過USART_SendData函數發送數據，需等待發送完成：

void USART1_SendChar(char ch) {

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 等待發送緩沖區空

USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);

}



void USART1_SendString(char *str) {

while (*str) {

USART1_SendChar(*str++);

}

}

3.2 接收數據

接收方式分為輪詢和中斷兩種：

• 輪詢模式：通過USART_GetFlagStatus檢查RXNE標志位。

• 中斷模式：通過回調函數處理接收數據，適合高實時性場景。

3.3 重定向printf

通過重定向fputc函數實現printf輸出到串口：

int fputc(int ch, FILE *f) {

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

USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);

return ch;

}

四、高級應用與優化

4.1 DMA傳輸

通過DMA實現高速數據傳輸，減少CPU占用。需配置DMA通道并關聯USART數據寄存器。

4.2 多主機通信

在多設備場景中，需通過硬件流控（RTS/CTS）或軟件協議（如幀頭幀尾）避免沖突。

4.3 故障排除

• 無數據收發：檢查硬件連接、波特率匹配、時鐘使能。

• 數據錯亂：增大緩沖區、優化中斷優先級。

• 死機：避免在中斷中執行耗時操作。

五、完整工程示例

5.1 工程結構

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 主函數示例

#include "stm32f10x.h"

#include "usart.h"



int main(void) {

// 初始化系統時鐘、GPIO等

SystemInit();



// 初始化USART1

USART1_Init(115200);



while (1) {

printf("Hello, STM32!
");

Delay_ms(1000);

}

}

六、總結

STM32F103RCT6的串口配置涉及時鐘、GPIO、USART及中斷的協同工作。通過標準庫提供的API，開發者可靈活實現基礎通信功能，并通過DMA、多主機協議等高級特性優化性能。實際應用中需結合硬件連接、通信協議及調試工具（如串口助手）進行綜合驗證，確保系統穩定運行。