简介
串口通信是嵌入式开发中最基础、最常用的通信方式之一，无论是与上位机调试、传感器数据读取，还是设备间通信，都离不开串口。STM32F407 系列芯片提供了多达 6 个 USART/UART 接口，支持异步通信、同步通信、智能卡模式等多种功能。本文从串口基础原理出发，详细讲解 STM32F407 串口的配置方法、代码实现、中断接收、DMA 传输等高级功能，同时提供完整的代码示例和调试技巧，帮助你快速掌握 STM32 串口通信技术。
一、串口通信核心概念与分类
1.1 基本概念
串口通信（Serial Communication）是指数据一位一位地顺序传输，具有线路简单、成本低等优点，广泛应用于嵌入式系统中。
关键参数：
- 波特率：每秒传输的二进制位数，常见值有 9600、115200 等
- 数据位：每个字符的数据位数，通常为 8 位
- 停止位：数据传输结束的标志，通常为 1 位
- 校验位：用于检测传输错误，可选无校验、奇校验、偶校验
1.2 同步通信与异步通信
串口通信按时钟同步方式可分为同步通信和异步通信两种：
异步通信（Asynchronous）：
- 不需要专用时钟线，通过起始位和停止位来同步数据
- 发送和接收方使用各自独立的时钟源
- 优点：线路简单，仅需 TX/RX 两根线
- 缺点：波特率误差累积可能导致通信错误
- 适用场景：大多数串口通信场景，如与PC、传感器通信
同步通信（Synchronous）：
- 需要专用时钟线（SCLK），发送方提供时钟信号
- 接收方根据时钟信号采样数据
- 优点：通信速率更高，精度更可靠
- 缺点：需要额外的时钟线
- 适用场景：高速数据传输，如与SPI设备通信
1.3 STM32F407 串口分类
STM32F407 系列芯片提供了多种串口接口，按功能可分为三类：
| 串口类型 | 功能特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) | 支持异步和同步通信，功能最完整 | 全双工通信、需要时钟同步的场景 |
| UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) | 仅支持异步通信，功能简化 | 一般异步通信场景 |
| LPUART (Low Power UART) | 低功耗串口，适合电池供电设备 | 低功耗应用场景 |
STM32F407 串口资源：
- USART1、USART2、USART3、UART4、UART5、USART6
- 支持最高波特率 4.5Mbps
- 支持硬件流控制（RTS/CTS）
- 支持 DMA 传输
二、串口通信原理与硬件连接
2.1 通信原理
串口通信基于 RS-232 或 TTL 电平标准：
- TTL 电平：逻辑 0 为 0V，逻辑 1 为 3.3V/5V（STM32 使用 3.3V）
- RS-232 电平：逻辑 0 为 +3~+15V，逻辑 1 为 -3~-15V（需要电平转换芯片）
数据传输格式：
- 起始位（1 位，低电平）
- 数据位（5-9 位，通常 8 位）
- 校验位（0 或 1 位，可选）
- 停止位（1-2 位，通常 1 位）
2.2 硬件连接
STM32 与 PC 连接：
- 通过 USB-TTL 转换模块（如 CH340、CP2102）连接
- STM32 端：TX 接模块 RX，RX 接模块 TX，GND 共地
- PC 端：通过 USB 口连接，安装对应驱动
STM32 与其他设备连接：
- 直接 TTL 电平连接（距离短，无干扰）
- 通过 RS-485 转换模块连接（距离长，抗干扰）
三、STM32F407 串口配置与代码实现
3.1 标准库配置步骤
以 USART1 为例，使用标准库配置串口的基本步骤：
- 使能串口时钟和 GPIO 时钟
- 配置 GPIO 为复用功能
- 配置串口基本参数（波特率、数据位、停止位、校验位）
- 使能串口
- 配置中断（可选）
- 配置 DMA（可选）
3.2 代码实现（USART1，115200 波特率）
#include"stm32f4xx.h"/** * @brief 初始化 USART1 * @param 无 * @retval 无 */voidUSART1_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;// 1. 使能时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);// 2. 配置 GPIOGPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);// 3. 将 GPIO 引脚连接到 USART1GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);// TXGPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);// RX// 4. 配置 USART1USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;// 波特率USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;// 数据位USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;// 停止位USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;// 无校验USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;// 无硬件流控制USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;// 收发模式USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);// 5. 使能 USART1USART_Cmd(USART1,ENABLE);}/** * @brief 串口发送一个字节 * @param USARTx: 串口编号 * @param Data: 要发送的字节 * @retval 无 */voidUSART_SendByte(USART_TypeDef*USARTx,uint8_tData){// 等待发送缓冲区为空while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);// 发送数据USART_SendData
