STM32 RS232串口通讯实验

一、实验目的

掌握STM32 UART（通用异步收发器）的工作原理及配置方法；
理解RS232通信标准的电平转换机制（TTL→RS232）；
实现STM32与PC之间的RS232串口数据收发（发送/接收/回显）；
熟悉串口调试助手的使用，验证通信数据的正确性。

二、实验原理

2.1 RS232通信标准

RS232是一种异步串行通信协议，采用负逻辑电平（+3V_{+15V表示“0”，-3V}-15V表示“1”），传输距离≤15m，常用波特率有9600、115200等。其核心参数包括：

波特率：每秒传输的符号数（如115200bps表示每秒115200位）；
数据位：5~8位（常用8位）；
停止位：1~2位（常用1位）；
校验位：无校验/奇校验/偶校验（常用无校验）。

2.2 STM32 UART与RS232电平转换

STM32的UART接口输出TTL电平（0V表示“0”，3.3V/5V表示“1”），需通过RS232电平转换芯片（如MAX232、SP3232）将TTL电平转换为RS232电平，才能与PC的RS232接口通信。

核心电路：

MAX232芯片：内置电荷泵，将+3.3V/5V转换为±10V RS232电平；
接线：STM32的UART_TX（TTL）→ MAX232的T1IN，MAX232的T1OUT（RS232）→ DB9接口的TXD；STM32的UART_RX（TTL）← MAX232的R1OUT，MAX232的R1IN（RS232）← DB9接口的RXD。

三、实验器材

器材	型号/参数	数量
STM32开发板	STM32F103C8T6（核心板）	1
RS232转TTL模块	MAX232（含DB9接口）	1
USB转RS232线	PL2303（连接PC与MAX232的DB9）	1
杜邦线	母对母/公对母	若干
串口调试助手	软件（如XCOM、SecureCRT）	1

四、实验步骤

4.1 硬件连接

STM32与MAX232连接（TTL侧）：
- STM32的UART_TX（如USART1_TX=PA9）→ MAX232的T1IN（引脚11）；
- STM32的UART_RX（如USART1_RX=PA10）← MAX232的R1OUT（引脚12）；
- MAX232的VCC接3.3V/5V，GND接STM32的GND。
MAX232与PC连接（RS232侧）：
- MAX232的T1OUT（引脚14，RS232_TX）→ DB9的TXD（引脚3）；
- MAX232的R1IN（引脚13，RS232_RX）← DB9的RXD（引脚2）；
- DB9的GND（引脚5）接MAX232的GND；
- 通过USB转RS232线将DB9接口连接至PC的USB口（需安装PL2303驱动）。
STM32供电：通过USB线连接PC（或外部5V电源）。

4.2 软件配置（STM32 HAL库）

以STM32F103C8T6+USART1为例，使用STM32CubeIDE配置UART：

4.2.1 新建工程与UART配置

打开STM32CubeIDE，新建工程（选择STM32F103C8T6）；
在“Connectivity”中选择USART1，配置为异步模式（Asynchronous）：
- 波特率：115200 bps；
- 数据位：8位；
- 停止位：1位；
- 校验位：无校验（None）；
- 硬件流控：无（None）；
使能USART1的全局中断（NVIC Settings中勾选“USART1 global interrupt”）；
配置系统时钟（HCLK=72MHz，确保波特率计算准确）。

4.2.2 生成代码与关键函数

CubeIDE自动生成UART初始化代码（位于usart.c），核心函数包括：

发送函数：HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
接收函数：HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
中断回调函数：HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)（接收完成中断）

4.3 实验代码实现

4.3.1 主程序（数据发送+回显）

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>

UART_HandleTypeDef huart1;
uint8_t rx_buf[1];  // 接收缓冲区（1字节）
uint8_t tx_buf[] = "Hello, RS232!\r\n";  // 发送数据

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_USART1_UART_Init();  // 初始化USART1
  
  // 启动UART接收中断（1字节）
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buf, 1);
  
  // 循环发送数据
  while (1) {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, tx_buf, strlen((char*)tx_buf), 100);  // 发送字符串
    HAL_Delay(1000);  // 1秒发送一次
  }
}

// 接收完成中断回调函数（回显数据）
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
  if (huart->Instance == USART1) {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buf, 1, 100);  // 将接收的1字节回发
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buf, 1);  // 重新启动接收中断
  }
}

4.3.2 关键函数说明

HAL_UART_Transmit：阻塞式发送，等待数据发送完成（适合少量数据）；
HAL_UART_Receive_IT：非阻塞式接收，通过中断实现（适合实时接收）；
HAL_UART_RxCpltCallback：接收完成中断回调，在此处处理接收数据（如回显、解析）。

参考代码 STM32 RS232 串口通讯实验 www.youwenfan.com/contentcss/133208.html

五、实验现象与调试

5.1 预期现象

数据发送：STM32每隔1秒通过USART1发送字符串“Hello, RS232!”，PC端串口调试助手（波特率115200）显示该字符串；
数据回显：在串口调试助手中输入任意字符（如“A”），STM32接收后立即回显该字符，调试助手显示“AA”（输入+回显）。

5.2 常见问题与解决

问题现象	可能原因	解决方法
串口调试助手无数据显示	波特率不匹配（如STM32用9600，助手用115200）	统一波特率为115200或其他一致值
数据显示乱码	电平转换错误（MAX232接线反接或未供电）	检查MAX232的VCC/GND接线，确认TX/RX交叉连接
接收无响应	UART中断未使能或回调函数未实现	在CubeMX中使能USART1中断，重写`HAL_UART_RxCpltCallback`
发送数据不完整	超时时间过短（Timeout参数太小）	增大Timeout（如设为100ms）

六、扩展实验

6.1 串口控制LED

修改回调函数，接收字符控制LED亮灭（如接收“1”点亮LED，“0”熄灭LED）：

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
  if (huart->Instance == USART1) {
    if (rx_buf[0] == '1') HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);  // LED亮
    else if (rx_buf[0] == '0') HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);  // LED灭
    HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buf, 1, 100);  // 回显
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buf, 1);  // 重启接收
  }
}

6.2 传感器数据上传

通过串口发送STM32采集的传感器数据（如温湿度、光照）：

// 假设DHT22读取的温度为temp，湿度为humi
uint8_t sensor_buf[50];
sprintf((char*)sensor_buf, "Temp: %d.%d C, Humi: %d.%d %%RH\r\n", temp/10, temp%10, humi/10, humi%10);
HAL_UART_Transmit(&huart1, sensor_buf, strlen((char*)sensor_buf), 100);

七、实验总结

本实验通过STM32的UART接口与MAX232电平转换芯片，实现了RS232串口通信。核心步骤包括硬件接线（TTL→RS232转换）、UART配置（波特率、数据位等）、数据收发（发送字符串、中断接收回显）。实验中需注意电平转换的正确性、波特率的匹配及中断的合理应用。通过该实验，可掌握STM32串口通信的基本方法，为后续物联网、传感器数据传输等应用奠定基础。

八、参考资料

[1] STM32F103xx参考手册（RM0008）——UART章节；

[2] MAX232数据手册（TI）——电平转换原理；

[3] STM32CubeIDE用户手册——HAL库UART函数说明；

[4] 串口调试助手使用教程（XCOM）——数据收发配置。