📚 课程目录第4章 UART实战

4. UART 裸机实战：发送与接收

好，咱们今天直接上手干。UART 协议的理论，说白了就是一根 TX、一根 RX，加上一个共同的地。但理论归理论，真到代码里，你会发现坑比想象的多。我最早用 STM32 做串口时，就因为在配置里少写了一句时钟使能，愣是盯着逻辑分析仪看了半小时——嗯，后来再也没犯过这种低级错误。

4.1 硬件连接与准备工作

先看看你需要什么：

开发板：STM32F103C8T6（蓝板子）或 Arduino Uno
USB 转 TTL 模块：CH340G 或 CP2102 都行
杜邦线：母对母，三根
串口助手：我习惯用 SSCOM，或者 Putty 也可以

⚠️ 接线警告： 千万别把 TX 接 TX，RX 接 RX。正确接法是：
开发板 TX → 模块 RX
开发板 RX → 模块 TX
开发板 GND → 模块 GND
我见过有人接反了，然后跑来问我为什么收不到数据——其实就是交叉一下的事。

4.2 STM32 裸机发送：轮询方式

先写发送。STM32 的 USART 发送其实就三步：

使能 USART 时钟和 GPIO 时钟
配置 TX 引脚为复用推挽输出
配置 USART 参数（波特率、数据位、停止位）

下面是我常用的初始化代码，直接贴寄存器版本，不依赖 HAL 库——你想想看，用寄存器才能真的理解底层在干什么。

void USART1_Init(void)
{
    // 1. 使能时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

    // 2. 配置 PA9 (TX) 为复用推挽输出，50MHz
    GPIOA->CRH &= ~(0xF << 4);   // 先清零
    GPIOA->CRH |= (0xB << 4);    // 1011: 复用推挽输出

    // 3. 配置 USART 参数
    USART1->BRR = 0x1D4C;        // 72MHz / 9600 = 7500 = 0x1D4C
    USART1->CR1 |= USART_CR1_TE; // 使能发送
    USART1->CR1 |= USART_CR1_UE; // 使能 USART
}

💡 波特率计算小技巧： 72MHz 时钟下，要得到 9600 波特率，分频系数 = 72000000 / (16 × 9600) = 468.75。取整后写入 BRR 寄存器的高 12 位和低 4 位。我一般直接用计算器算好十六进制值，省得调试时还要心算。

发送一个字节的函数更简单：

void USART1_SendByte(uint8_t data)
{
    // 等待发送数据寄存器空
    while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE));
    USART1->DR = data;
}

这里有个细节：TXE 标志位表示数据寄存器已空，可以写入下一个字节。但如果你连续发送大量数据，最好也检查 TC（发送完成）标志，确保最后一个字节真的从移位寄存器送出去了。我在做 GPS 数据解析时就吃过这个亏——最后几个字节老是丢。

4.3 STM32 裸机接收：轮询方式

接收比发送多一个坑：你怎么知道数据来了？轮询方式就是不停地读 RXNE 标志位。

uint8_t USART1_ReceiveByte(void)
{
    // 等待接收数据寄存器非空
    while (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE));
    return (uint8_t)(USART1->DR & 0xFF);
}

但轮询有个致命问题：它会卡死 CPU。如果你在主循环里只做接收，那没问题。但如果你还要处理其他任务，就得用中断了。这个咱们后面章节再讲。

  🔑 核心要点： 轮询方式适合“发完等回”的场景，比如向传感器发指令然后等应答。不适合持续接收数据流。

4.4 Arduino 实现：更简单，但原理一样

Arduino 把底层封装好了，但咱们得知道它背后干了什么。看这段代码：

void setup() {
    Serial.begin(9600);  // 初始化，波特率 9600
}

void loop() {
    // 发送
    Serial.println("Hello, UART!");

    // 接收
    if (Serial.available() > 0) {
        char c = Serial.read();
        Serial.print("Received: ");
        Serial.println(c);
    }
    delay(1000);
}

Serial.begin() 背后做的事，跟咱们刚才写的寄存器配置一模一样：设置波特率、配置引脚、使能 USART。只不过 Arduino 帮你选了引脚（通常是 D0/RX 和 D1/TX）。

我个人习惯在 Arduino 上先快速验证协议，再移植到 STM32 上做产品。毕竟 Arduino 的调试效率高，出了问题换代码也快。

4.5 串口助手调试实战

好，代码写完了，怎么验证？打开串口助手，设置好参数：

参数	值	说明
波特率	9600	必须与代码一致
数据位	8	默认值
停止位	1	默认值
校验位	None	无校验
流控制	None	无流控

点击“打开串口”，你应该能看到开发板不断发送 "Hello, UART!"。然后在发送区输入字符，点发送，看能不能收到回显。

⚠️ 常见故障：

收不到数据：先检查 TX/RX 是否交叉，再量一下 TX 引脚有没有波形（用示波器或逻辑分析仪）。我曾经有一次是杜邦线接触不良，折腾了半小时。
数据乱码：波特率不匹配。检查代码里的时钟频率和分频系数对不对。
只能收不能发：检查 TX 引脚配置是不是复用推挽输出，或者是不是被其他外设占用了。

4.6 知识体系：UART 裸机通信流程

下面这张图把整个流程串起来了，你一看就明白：

4.7 避坑指南：我踩过的那些雷

时钟没使能：USART 和 GPIO 的时钟都要使能。我刚开始学 STM32 时，只使能了 USART 时钟，忘了 GPIO 时钟，结果 TX 引脚一直输出高电平，死活发不出数据。
波特率误差：如果系统时钟不是整数倍，波特率会有误差。误差超过 2% 就可能丢数据。我建议用 72MHz 或 8MHz 这种常见频率，算出来的分频系数比较整。
忘记接地：GND 不接，信号没有参考地，数据全是乱的。这听起来很基础，但我在培训新人时，十个人里有三个会犯这个错。
串口助手缓冲区溢出：如果你一次性发太多数据，串口助手的接收缓冲区可能不够。我一般把接收缓冲区设到 10KB 以上。

🔧 调试利器： 逻辑分析仪是调试 UART 最好的工具。你直接看 TX 引脚的波形，有没有起始位、数据位对不对、停止位有没有，一目了然。我包里常备一个 8 通道的，几十块钱，但能省下几小时的排查时间。

好了，这一章的内容就到这儿。代码都给你了，图也画清楚了，剩下的就是你自己动手试。记住：看十遍不如写一遍，写十遍不如调一遍。去把串口调通，你会对 UART 有更深的理解。