1.

串口通信基础：USART与UART的异同

如果你刚开始接触STM32，可能会被USART和UART这两个词搞糊涂。

我刚开始学的时候也这样，总觉得它们差不多，但实际用起来才发现，细节上的差异还真不少。

简单来说，USART是“通用同步/异步收发器”，而UART是“通用异步收发器”。

名字里多了一个“S”（同步），这就是最核心的区别。

你可以把UART想象成一条单行线，数据只能一个接一个地按顺序通过，它不需要额外的时钟线来同步，完全依靠双方事先约定好的速度（波特率）来收发数据。

我们平时用串口调试助手和单片机通信，99%的情况都是这种异步模式。

而USART呢，它更像一条带有时钟信号的双车道，除了数据线，还可以多出一根时钟线（SCLK）。

发送方会通过这根线提供一个时钟节拍，告诉接收方“数据来了，准备采样”。

这种同步模式在需要高速、可靠传输的场景下很有用，比如连接某些特定的存储器或智能卡。

在STM32F103这颗经典的“国民MCU”上，它一共给了我们5个串口，其中USART1、USART2、USART3是功能齐全的同步/异步串口，而UART4和UART5是精简版的，只支持异步通信。

所以，当你看到原理图上标着UART4/5时，就别想着去用它的同步功能了，硬件上就没支持。

我刚开始画板子的时候没注意这点，想把一个需要同步时钟的模块接到UART4上，调了半天没反应，最后查数据手册才发现踩了坑。

那在实际项目中我们该怎么选呢？我的经验是，如果你只是进行普通的调试打印、连接GPS/蓝牙模块、或者跟传感器进行单向通信，用哪个都行，优先选择引脚布局方便的那个。

但如果你要驱动一个需要时钟信号的TFT屏幕控制器，或者进行高速的FPGA通信，那务必选择USART1/2/3，并配置为同步模式。

别小看这个选择，它直接决定了你项目的通信上限和稳定性。

2.

硬件连接与时钟配置：5个串口的差异详解

给STM32的串口接线，听起来就是接个TX和RX，但实际动手时，每个串口的引脚位置和时钟来源都不一样，一不留神就会出错。

我们先从最根本的时钟说起，这是很多新手会忽略的关键点。

STM32F103的时钟树有点复杂，但针对串口你只需要记住两句话：USART1挂在高速的APB2总线上，最高时钟频率72MHz；而USART2、USART3、UART4、UART5都挂在APB1总线上，最高频率36MHz。

这意味着，在计算相同波特率时，这两个总线上的分频系数会不同。

如果你用库函数，它帮你算好了，但如果你是自己写寄存器配置，这点必须搞清楚。

我见过有朋友把USART2的波特率计算参数直接套用到USART1上，结果通信速率差了一倍，数据全乱了。

具体到每个串口的引脚，虽然STM32有复用功能，但也不是随便哪个脚都能用的。

我整理了一个表格，你可以把它存下来，画原理图或者飞线的时候特别有用：

注意看UART5，它的TX和RX分别在不同的端口（PC12和PD2），这在配置GPIO时钟时需要同时使能GPIOC和GPIOD的时钟，是个容易遗漏的点。

硬件连接上，除了TX接RX、RX接TX这个基本规则，GND共地是必须的，否则电平参考点不同，很可能收到一堆乱码。

对于长距离通信（超过1米），建议使用RS-485电平标准，这时需要在单片机引脚和外部线路之间加一个MAX3485这类转换芯片，而不是直接连接。

3.

核心配置三步走：GPIO、串口参数与中断

配置一个串口，无论是哪个编号，都逃不开下面这三个步骤。

我把它叫做“串口配置三板斧”，掌握了这个套路，任何一个串口你都能在5分钟内调通。

第一步：配置GPIO模式。

这里千万不能配错。

TX引脚是单片机输出数据给外部设备的，所以要设置为复用推挽输出（GPIO_Mode_AF_PP）。

而RX引脚是接收外部设备数据的，要配置为浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）或者上拉输入。

我习惯用浮空输入，然后在外部电路上加一个上拉电阻，这样抗干扰能力更好一些。

速度一般选50MHz就行。

第二步：配置串口本体参数。

这部分是通过一个叫USART_InitTypeDef的结构体来完成的。

你需要设置几个关键参数：

• USART_BaudRate（波特率）：比如9600，115200。

  要和通信对方严格一致。

• USART_WordLength（字长）：通常选8位数据位。

  如果用了奇偶校验，则需要选9位。

• USART_StopBits（停止位）：最常用的是1位停止位。

• USART_Parity（校验位）：根据需求选择奇校验、偶校验或者无校验。

  工业通信中为了可靠，常用偶校验。

• USART_Mode（模式）：收USART_Mode_Rx和发USART_Mode_Tx，通常用“或”运算同时开启。

• USART_HardwareFlowControl（硬件流控）：除非通信双方都支持并连接了RTS/CTS线，否则一般禁用。

第三步：配置中断（如果需要）。

我们当然可以用查询方式不断去读状态标志位，但那太浪费CPU资源了。

中断才是高效的方式。

你需要做两件事：1.

配置NVIC（嵌套向量中断控制器），设置好这个串口中断的优先级；2.

使能串口特定的中断源，比如接收中断USART_IT_RXNE（接收寄存器非空）。

下面这段代码是配置USART1的完整示例，我加上了详细的注释。

USART2/3和UART4/5的代码结构完全一样，只需要把USART1换成USART2、UART4等，同时把时钟使能函数和引脚定义改对就行。

void
USART1_Config(void)
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA
ENABLE);
配置串口工作参数：115200波特率，8位数据，无校验，1位停止位
USART_InitStructure.USART_BaudRate
=
USART_InitStructure.USART_WordLength
=
USART_InitStructure.USART_StopBits
=
USART_InitStructure.USART_Parity
=
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl
=
USART_HardwareFlowControl_None;
=
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
设置优先级分组
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel
=
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority
=
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority
=
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd
=
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
USART_IT_RXNE,
多场景应用实战：从调试打印到多机通信
光会配置还不够，关键得知道怎么用。
STM32的5个串口就像你手下的5个兵，用好了能同时处理好几摊子事。
场景一：调试打印（USART1）。
这是最经典的用法。
通过重写fputc函数，把printf绑定到串口上，就能像在电脑上编程一样方便地打印变量值、调试信息。
我强烈建议你把USART1留给调试用，因为很多开发板的USB转串口默认就接在USART1上，方便。
代码片段如下：
//
重定向printf到USART1
while(USART_GetFlagStatus(USART1,
USART_FLAG_TXE)
printf("系统启动成功，当前电压：%d
mV\r\n",
voltage);
场景二：连接无线模块（USART2/3）。
比如接一个蓝牙模块（HC-05）或者Wi-Fi模块（ESP8266）。
这类模块通常也是AT指令控制，你可以用另一个串口专门和它通信。
例如，用USART2以9600波特率连接蓝牙模块，实现手机APP控制。
这时候，中断服务函数里就不是简单回显了，而是需要解析特定的指令帧。
场景三：工业传感器数据采集（带校验的UART）。
工业环境噪声大，通信需要校验。
比如用一个UART4以4800波特率、偶校验方式，连接一个温湿度传感器。
在配置时，需要把USART_WordLength设为USART_WordLength_9b（8位数据+1位校验位），USART_Parity设为USART_Parity_Even。
在中断接收时，如果校验出错，硬件会置位标志位，你可以丢弃这包错误数据，并请求重发。
场景四：多机主从通信（RS-485总线）。
这是USART一个非常重要的应用。
通过一个USART（比如USART3）连接一个MAX3485芯片，就可以挂接多个485设备。
你需要控制MAX3485的收发使能引脚（DE/RE），在发送前拉高，发送完成后拉低，切换回接收状态。
软件上要注意增加帧头帧尾、地址识别和CRC校验，确保总线上的多个设备互不干扰。
我曾经用这个方式做过一个楼宇灯光控制系统，一个主机带30多个从机，非常稳定。
5.
避坑指南与高级技巧
最后，分享几个我踩过坑才总结出来的经验，能帮你节省大量调试时间。
第一个坑：中断服务函数名写错。
这是最诡异的问题，代码编译没问题，但中断就是进不去。
记住，中断服务函数的名字是固定的，必须和启动文件里定义的一模一样。
USART1的是USART1_IRQHandler，UART4的是UART4_IRQHandler。
写错一个字母，函数就变成了一个普通函数，中断发生时永远不会被调用。
第二个坑：波特率误差导致数据错误。
特别是当你使用非标准的波特率时。
STM32的波特率发生器是通过一个16倍或8倍的分频系数来算的，有时算出来不是整数，就会有误差。
公式是：波特率
=
USARTDIV)。
误差最好控制在2%以内。
如果你发现低波特率（如9600）正常，高波特率（如115200）就丢数据，很可能是时钟源（HSE/HSI）精度不够或者波特率误差太大。
用示波器量一下实际波形最直观。
第三个技巧：使用DMA+串口解放CPU。
当你需要高速、连续地传输大量数据（比如通过串口发送摄像头图像）时，一定要用DMA。
配置好后，数据搬运完全由DMA控制器完成，CPU只需要处理打包好的数据块，效率极高。
配置步骤是：1.
初始化串口；2.
初始化DMA通道，设置源地址（内存）、目标地址（串口数据寄存器）、数据长度；3.
使能串口的DMA发送请求。
第四个技巧：利用空闲中断接收不定长数据。
我们常用的USART_IT_RXNE中断是每收到一个字节就触发一次。
如果对方发送的是一串不定长的数据，处理起来很麻烦。
这时可以同时使能空闲中断（USART_IT_IDLE）。
当一帧数据发送完毕，总线出现一个字节的空闲高电平时间时，就会触发此中断。
在空闲中断里，你可以知道一包数据已经收完了，然后统一处理。
这是处理Modbus、自定义协议帧的利器。
//
USART_IT_RXNE
USART_ClearITPendingBit(USART1,
USART_IT_RXNE);
USART_ClearITPendingBit(USART1,
USART_IT_IDLE);
}
把上面这些内容吃透，STM32F103的串口对你来说就再也没有秘密了。
关键就是多动手，从一个简单的回显实验开始，逐步增加复杂度，最终你会发现自己能轻松驾驭这5个串口，让它们在你的项目中各司其职，协同工作。