基础篇

哔哩哔哩视频地址

工程参考代码链接 Github Gitee

使用CubeMX建立Keil5工程

这里我们偷懒直接使用点亮LED灯的工程

配置串口并生成工程

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按照上图配置完串口后点击右上角生成工程image-20250706162045732

硬件连接串口

同样拿最便宜的DAPlink举例

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TX --> PA10(RX) 电脑发送单片机接收

RX --> PA9(TX) 电脑接收单片机发送

GND --> GND 与单片机共地（已共地的可以不接）

打开工程分析生成的代码

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使用到的HAL库函数说明

点击跳转F4的UASRT手册

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/* 作用为初始化串口外设 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart);
/* 作用为串口发送数据 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
/* 作用为串口接受数据 */
HAL_StatusTypeDef HAL_USART_Receive(USART_HandleTypeDef *husart, uint8_t *pRxData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

学习将函数应用到代码实现通信

完成连接后电脑应该可以识别到串口连接（查看设备管理器可以看到识别的硬件串口，如果旁边有感叹号说明需要安装对应的驱动），并打开串口软件进行通信，推荐串口软件Jcom

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单片机发送电脑接收

尝试用单片机发送串口信息到电脑上

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/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* 通过串口1发送“Hello” */
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Hello", 5, 0xFF);

/* USER CODE END 2 */

编译烧录程序后查看串口软件，成功接收到了Hello信息

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电脑发送单片机接收

尝试用电脑发送串口信息到单片机上

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/* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  /* 通过串口1发送“Hello” */
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Hello", 5, 0xFF);

  /* 接收信息缓存，只接收5个字节数据 */
  char recv_str[10];
  HAL_UART_Receive(&huart1, recv_str, 5, 0xFFFFFFFF);

  /* 将接收到的信息发回给电脑 */
  HAL_UART_Transmit(&huart1, recv_str, 5, 0xFF);

  /* USER CODE END 2 */

编译烧录程序后查看串口软件，成功接收到了Hello信息，然后我们发送12345给单片机

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串口常用技巧

变量波形显示

比如我希望输出一个连续的三角波幅值在[0, 99]，周期为1000ms，并同时输出一个幅值一样频率加倍的锯齿波

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/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* 通过串口1发送“Hello” */
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Hello", 5, 0xFF);

/* 输出变量 */
char wave_out = 0;

/* LED计时变量 */
uint16_t led_time = 0;

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  /* LED计时到500ms状态切换一次 */
  if(led_time >= 500)
  {
      led_time = 0; // 重新计时
      /* 翻转引脚状态 */
      HAL_GPIO_TogglePin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin);
  }
  
  /* 隔5ms发送一次变量点 */
  if(wave_out >= 100)
  {
      /* 如果wave_out大于等于100，则输出由99 -> 0, 一个100个点 */
      /* 通过串口1发送三角波变量数据，并增加包头包尾用于解析数据 */
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t[]){0xD2, (199 - wave_out), 0xD3}, 3, 0xFF);
  }else{
      /* 如果wave_out小于100，则输出由0 -> 99, 一个100个点 */
      /* 通过串口1发送三角波变量数据，并增加包头包尾用于解析数据 */
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t[]){0xD2, wave_out, 0xD3}, 3, 0xFF);
  }

  /* 隔5ms发送一次变量点 */
  if(wave_out >= 100)
  {
      /* 如果wave_out大于等于100，则输出由0 -> 99, 一个100个点 */
      /* 通过串口1发送锯齿波变量数据，并增加包头包尾用于解析数据 */
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t[]){0xCE, (wave_out % 100), 0xCF}, 3, 0xFF);
  }else{
      /* 如果wave_out小于100，则输出由0 -> 99, 一个100个点 */
      /* 通过串口1发送锯齿波变量数据，并增加包头包尾用于解析数据 */
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t[]){0xCE, wave_out, 0xCF}, 3, 0xFF);
  }
  
  /**
   * wave_out在[0, 199]循环
   * 一个周期200个数据点，一个数据点5ms
   * 所以波形一个周期为1000ms
   */
  wave_out++;
  if(wave_out >= 200)
  {
      wave_out = 0;
  }

  /* 保持电平状态方便观察 */
  HAL_Delay(5); // 延时10ms
  led_time += 5; // LED计时增加

  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

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以三角波解析为例按图配置，包头包尾并不是必须的，但是如果没有包头包尾很有可能数据会错乱，甚至必要情况下需要增加校验码

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打开曲线后可以看到输出的变量曲线

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可读日志输出（非重定向）

如果我们直接使用HAL_UART_Transmit函数打印可读日志会导致代码移植性差、可读性差、代码量增加，所以很多人会选择使用重定向，把串口发送重定向到printf函数，使用printf来打印日志，但是这样就需要开启微库（Micro LIB）支持，容易造成死机问题，而且这样的printf依然有使用限制。所以我通常会构造类printf函数来代替串口发送函数。

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/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"
#define CONSOLEBUF_SIZE 512
static char Uart_buf[CONSOLEBUF_SIZE];
void PrintfDebug(const char *fmt, ...)
{
	va_list args;
	va_start(args, fmt);
	int length = vsnprintf(Uart_buf, sizeof(Uart_buf) - 1, fmt, args);
	va_end(args);
	HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)Uart_buf, length, 0xff);
}

/* USER CODE END 0 */

构造了一个PrintfDebug函数，尝试在代码中输出LED引脚状态

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/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* 通过串口1发送“Hello” */
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Hello", 5, 0xFF);

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  /* 打印日志并输出变量, 输出“\r\n”是为了换行显示 */
  PrintfDebug("LED Green State %d\r\n", HAL_GPIO_ReadPin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin));

  /* 反转引脚状态 */
  HAL_GPIO_TogglePin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin);

  /* 延时500ms */
  HAL_Delay(500);

  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

然后打开串口软件就可以看到打印的信息

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练习部分

那我再提几个问题大家可以有空思考怎么做

  1. F4的手册内有大量关于Usart的函数和宏命令，有很多命令是有妙用的
  2. 使用HAL_UART_Transmit发送串口数据会堵塞程序的执行，是否能使用DMA来发送数据就不会堵塞程序执行
  3. 如何像cmd窗口一样跟单片机进行交互，可以了解一下 Letter-Shell
  4. 通过串口来收发送文件，例如Ymodel协议

进阶篇

先预告，等基础部分搞得差不多的时候开工