【八】UART1串口通信与独立按键中断

1. 项目概述

本项目演示如何使用 STM32F103C8T6 微控制器的 UART1 串口进行数据通信，并结合独立按键中断功能，实现按键状态通过串口输出的功能。系统支持串口数据收发、printf重定向、按键中断检测，并通过LED指示灯显示按键状态。

技术要点

✅ UART1串口通信（115200波特率）
✅ 串口发送/接收功能
✅ 串口中断接收
✅ printf/scanf重定向
✅ EXTI外部中断（按键检测）
✅ NVIC中断优先级配置
✅ LED状态指示
✅ 多中断协同工作

应用场景

📡 串口调试与通信
📡 按键状态远程监控
📡 人机交互界面
📡 数据采集与传输
📡 远程控制系统
📡 传感器数据上报

2. 硬件平台

主控芯片

型号: STM32F103C8T6
内核: ARM Cortex-M3
主频: 72 MHz
Flash: 64 KB
SRAM: 20 KB
UART: 3个（USART1/2/3）

外设资源

UART1串口

功能	引脚	说明
UART1_TX	PA9	发送引脚（复用推挽输出）
UART1_RX	PA10	接收引脚（浮空输入）
波特率	115200	标准波特率
数据位	8位	无奇偶校验
停止位	1位	标准配置

独立按键（4个）

按键	引脚	中断线	中断通道	控制LED	串口输出
KEY1	PB8	EXTI8	EXTI9_5	LED5	"Press KEY1_PIN"
KEY2	PB9	EXTI9	EXTI9_5	LED6	"Press KEY2_PIN"
KEY3	PB10	EXTI10	EXTI15_10	LED7	"Press KEY3_PIN"
KEY4	PB11	EXTI11	EXTI15_10	LED8	"Press KEY4_PIN"

LED指示灯（4个）

LED	引脚	说明
LED5	PB4	KEY1控制
LED6	PB5	KEY2控制
LED7	PB6	KEY3控制
LED8	PB7	KEY4控制

硬件连接

STM32F103C8T6              串口模块/USB转串口
    PA9 (TX)  ---------->  RX
    PA10 (RX) <----------  TX
    GND       ---------->  GND

STM32F103C8T6              独立按键
    PB8       <----------  KEY1 (按下接GND)
    PB9       <----------  KEY2 (按下接GND)
    PB10      <----------  KEY3 (按下接GND)
    PB11      <----------  KEY4 (按下接GND)

STM32F103C8T6              LED指示灯
    PB4-PB7   ---------->  LED5-LED8 (高电平点亮)

串口通信说明:

UART通信（全双工）：
STM32 TX (PA9)  ──────→  PC RX  (数据发送)
STM32 RX (PA10) ←──────  PC TX  (数据接收)

电平标准：
- 逻辑1（高电平）：3.3V
- 逻辑0（低电平）：0V
- 空闲状态：高电平

波特率：115200 bps
- 每秒传输115200位
- 每位时间：8.68μs

3. 项目结构

5B_UART1_独立按键（中断）/
├── Libraries/                        # STM32标准外设库
│   ├── CMSIS/                       # Cortex微控制器软件接口标准
│   └── STM32F10x_StdPeriph_Driver/  # STM32F10x标准外设驱动
├── MDK/                             # Keil工程文件
│   ├── TEST_CODE.uvproj            # Keil项目文件
│   ├── TEST_CODE.uvopt             # 项目配置选项
│   ├── Output/                     # 编译输出目录
│   └── list/                       # 列表文件目录
├── Readme/                          # 说明文档目录
└── User/                            # 用户代码目录
    ├── main.c                      # 主程序入口
    ├── TF_UART1.c                  # UART1驱动实现
    ├── TF_UART1.h                  # UART1驱动头文件
    ├── TF_KeyBoard.c               # 按键中断驱动实现
    ├── TF_KeyBoard.h               # 按键中断驱动头文件
    ├── TF_LED.c                    # LED驱动实现
    ├── TF_LED.h                    # LED驱动头文件
    ├── TF_System.c                 # 系统配置（时钟、NVIC）
    ├── TF_System.h                 # 系统配置头文件
    ├── TF_Delay.c                  # 延时函数实现
    └── TF_Delay.h                  # 延时函数头文件

4. 功能说明

系统工作流程

系统上电
    ↓
NVIC中断优先级配置
(USART1=0, EXTI9_5=3, EXTI15_10=4)
    ↓
UART1初始化
(115200, 8N1, 使能RX中断)
    ↓
按键中断初始化
(PB8-PB11, 下降沿触发)
    ↓
LED初始化
(PB4-PB7, 推挽输出)
    ↓
串口发送启动信息
"USART1_Configuration"
    ↓
主循环空转
(while(1);)
    ↓
等待中断事件
    ├─ 按键中断
    │   ├─ 清除中断标志
    │   ├─ 延时消抖(5ms)
    │   ├─ 确认按键状态
    │   ├─ 关闭所有LED
    │   ├─ 点亮对应LED
    │   ├─ 串口输出按键信息
    │   └─ 等待按键释放
    │
    └─ 串口接收中断
        ├─ 清除中断标志
        ├─ 读取接收数据
        ├─ 回显接收数据
        └─ 返回主循环

功能特点

UART1串口通信:
- 115200波特率
- 8位数据位
- 无奇偶校验
- 1位停止位
- 支持中断接收
- 支持回显功能
按键中断检测:
- 4个独立按键
- EXTI外部中断
- 下降沿触发
- 软件消抖5ms
- LED状态指示
串口输出按键状态:
- KEY1 → "Press KEY1_PIN"
- KEY2 → "Press KEY2_PIN"
- KEY3 → "Press KEY3_PIN"
- KEY4 → "Press KEY4_PIN"
printf/scanf重定向:
- 支持printf输出到串口
- 支持scanf从串口输入
- 方便调试和交互
多中断协同:
- USART1中断（优先级0）
- EXTI9_5中断（优先级3）
- EXTI15_10中断（优先级4）
- 高优先级可打断低优先级

中断优先级配置

中断优先级（数字越小优先级越高）：
┌─────────────────────────────────────┐
│ USART1_IRQn     → 抢占优先级0       │ ← 最高
│ EXTI9_5_IRQn    → 抢占优先级3       │
│ EXTI15_10_IRQn  → 抢占优先级4       │ ← 最低
└─────────────────────────────────────┘

中断嵌套场景：
- USART1中断可以打断按键中断
- 按键中断不能打断USART1中断
- EXTI9_5可以打断EXTI15_10

5. UART串口通信原理

UART通信框架

UART异步串行通信：
┌─────────────────────────────────────────┐
│           UART数据帧格式                │
│                                         │
│  起始位  数据位(8)  奇偶位  停止位      │
│    0    D0~D7      无      1           │
│    │    ├──8位─┤   │       │          │
│  1位    数据       可选    1或2位       │
│                                         │
│  示例：发送字符'A' (ASCII: 0x41)        │
│                                         │
│  空闲 起始 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止 空闲 │
│   1    0   1  0  0  0  0  0  1  0  1   1   │
│        └───────── 0x41 ─────────┘            │
└─────────────────────────────────────────┘

时序图：
       空闲
        │
        ├──────┐
        │      │ 起始位(0)
        │      └──┐
        │         │ D0(1)
        │         ├──┐
        │         │  │ D1(0)
        │         │  └──┐
        │         │     │ D2(0)
        │         │     └──┐
        │         │        │ ...
        │         │        └──┐
        │         │           │ D7(0)
        │         │           ├──┐
        │         │           │  │ 停止位(1)
        │         │           │  ├──────
        │         │           │  │
        └─────────┴───────────┴──┘

波特率：115200 bps
- 每位时间 = 1/115200 ≈ 8.68μs
- 发送1字节(10位) ≈ 86.8μs

UART硬件结构

STM32 UART1硬件框图：
┌─────────────────────────────────────────────┐
│              UART1 外设                      │
│                                             │
│  发送部分：                                  │
│  ┌──────┐   ┌──────┐   ┌──────┐           │
│  │ TDR  │→  │移位寄存器│→│ TX引脚│→ PA9    │
│  │发送缓冲│  │  (8位)  │  │(PA9) │          │
│  └──────┘   └──────┘   └──────┘           │
│      ↑                      ↓               │
│   写入数据            TXE标志位              │
│                                             │
│  接收部分：                                  │
│  ┌──────┐   ┌──────┐   ┌──────┐           │
│  │ RDR  │←  │移位寄存器│←│ RX引脚│← PA10   │
│  │接收缓冲│  │  (8位)  │  │(PA10)│          │
│  └──────┘   └──────┘   └──────┘           │
│      ↓                      ↑               │
│   读取数据            RXNE标志位             │
│                                             │
│  中断控制：                                  │
│  ┌──────┐                                  │
│  │RXNE中断│→ NVIC → CPU                    │
│  │TXE中断 │                                 │
│  └──────┘                                  │
└─────────────────────────────────────────────┘

UART配置参数

UART1配置：
┌────────────────┬──────────┬────────────┐
│ 参数           │ 值       │ 说明       │
├────────────────┼──────────┼────────────┤
│ 波特率         │ 115200   │ 标准速率   │
│ 数据位         │ 8位      │ 标准配置   │
│ 停止位         │ 1位      │ 标准配置   │
│ 奇偶校验       │ 无       │ 无校验     │
│ 硬件流控       │ 无       │ 不使用     │
│ 工作模式       │ 全双工   │ 收发同时   │
│ TX引脚         │ PA9      │ 复用推挽   │
│ RX引脚         │ PA10     │ 浮空输入   │
│ 中断           │ RXNE使能 │ 接收中断   │
└────────────────┴──────────┴────────────┘

波特率计算：
波特率 = fPCLK2 / (16 × USARTDIV)
115200 = 72MHz / (16 × USARTDIV)
USARTDIV = 72000000 / (16 × 115200) = 39.0625

6. 代码详解

6.1 主程序 (main.c)

完整代码

#include "TF_System.h"
#include "TF_UART1.h"
#include "TF_KeyBoard.h"
#include "TF_LED.h"

int main(void)
{
	NVIC_Configuration();		// NVIC中断优先级配置
	USART1_Configuration();		// UART1初始化
	GPIO_Key_Init();			// 按键中断初始化
	LED_Init();					// LED初始化

	USART1_Puts("USART1_Configuration\r\n");  // 发送启动信息

	while(1)
	{
	   ;  // 主循环空转，等待中断
	}
}

主函数要点:

初始化顺序:

NVIC_Configuration();      // 先配置中断优先级
USART1_Configuration();    // 再初始化UART1
GPIO_Key_Init();           // 初始化按键中断
LED_Init();                // 初始化LED

启动信息:

USART1_Puts("USART1_Configuration\r\n");

作用：
- 确认串口工作正常
- 用于调试和验证

主循环:

while(1);  // 空转，等待中断

特点：
- 所有功能由中断驱动
- CPU处于空闲状态
- 低功耗

6.2 UART1驱动 (TF_UART1)

TF_UART1.h - 头文件

#ifndef __STM32_UART1_H__
#define __STM32_UART1_H__

#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
#include <stdio.h>

// 函数声明
extern void USART1_Configuration(void);
extern void USART1_Send_Byte(u16 Data);
extern void USART1_Puts(char *str);

#endif

UART1初始化

void USART1_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef   USART_InitStructure;

    //------------------------------------------------------------------------------
    // 步骤1：使能端口时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   // 使能GPIOA时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);  // 使能USART1时钟

    //------------------------------------------------------------------------------
    // 步骤2：配置USART1发送IO（PA9 - TX）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         // 复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置USART1接收IO（PA10 - RX）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   // 浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    //------------------------------------------------------------------------------
    // 步骤3：配置串口参数
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;                      // 波特率115200
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;       // 8位数据
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;            // 1位停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;               // 无奇偶校验
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  // 收发模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    //------------------------------------------------------------------------------
    // 步骤4：使能USART1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

    //------------------------------------------------------------------------------
    // 步骤5：配置串口中断功能
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);  // 使能接收中断
}

初始化要点:

GPIO配置:

// TX引脚（PA9）
GPIO_Mode_AF_PP  // 复用推挽输出

特点：
- 复用功能模式
- 由UART外设控制
- 推挽输出驱动能力强

// RX引脚（PA10）
GPIO_Mode_IN_FLOATING  // 浮空输入

特点：
- 高阻态输入
- 不需要上拉/下拉
- 由外部信号驱动

波特率配置:

USART_BaudRate = 115200

说明：
- 标准波特率
- 每秒115200位
- 适合大多数应用
- 误差率低

中断配置:

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

作用：
- 使能接收中断
- 接收到数据时触发
- RXNE标志位置位

串口发送函数

// 发送单个字节
void USART1_Send_Byte(u16 Data)
{
    while (!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE));  // 等待发送缓冲区空
    USART1->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);  // 写入数据寄存器
}

// 发送字符串
void USART1_Puts(char *str)
{
    while(*str)
    {
       USART_SendData(USART1, *str++);
       while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    }
}

发送函数要点:

发送单字节:

while (!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE));

作用：
- 等待TXE标志位置位
- TXE=1表示发送缓冲区空
- 可以写入新数据

发送字符串:

while(*str)
{
    USART_SendData(USART1, *str++);
    while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

流程：
- 逐字节发送
- 等待每个字节发送完成
- 直到字符串结束符'\0'

串口接收中断

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {
       USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);  // 清除标志位
       Uart_RevBuffer = USART1->DR;                // 读取接收数据
       USART1_Send_Byte(Uart_RevBuffer);          // 回显数据
    }
}

接收中断要点:

中断标志检查:

if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)

作用：
- 检查RXNE标志位
- RXNE=1表示接收到数据

读取数据:

Uart_RevBuffer = USART1->DR;

说明：
- 读取数据寄存器
- 自动清除RXNE标志位

回显功能:

USART1_Send_Byte(Uart_RevBuffer);

作用：
- 将接收的数据发送回去
- 用于串口调试
- 验证通信正常

6.3 按键中断驱动 (TF_KeyBoard)

按键初始化

void GPIO_Key_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	EXTI_InitTypeDef  EXTI_InitStructure;

	// 使能时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

	// 配置GPIO为上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = KEY1_PIN | KEY2_PIN | KEY3_PIN | KEY4_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

	// 配置EXTI线映射
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource8);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource9);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource10);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource11);

	// 配置EXTI参数
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line8 | EXTI_Line9 | EXTI_Line10 | EXTI_Line11;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}

按键中断服务函数

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
	// 处理KEY1
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line8) != RESET)
	{
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8);  // 清除中断标志
		Delay_nms(5);                         // 消抖延时

		if(GPIO_ReadInputDataBit(KEY1_GPIO, KEY1_PIN) == 0)
		{
			LED_Off(10);                     // 关闭所有LED
			LED_On(5);                       // 点亮LED5
			USART1_Puts("Press KEY1_PIN\r\n");  // 串口输出
		}

		while(GPIO_ReadInputDataBit(KEY1_GPIO, KEY1_PIN) == 0);  // 等待释放
	}

	// 处理KEY2
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9) != RESET)
	{
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line9);
		Delay_nms(5);

		if(GPIO_ReadInputDataBit(KEY2_GPIO, KEY2_PIN) == 0)
		{
			LED_Off(10);
			LED_On(6);
			USART1_Puts("Press KEY2_PIN\r\n");
		}

		while(GPIO_ReadInputDataBit(KEY2_GPIO, KEY2_PIN) == 0);
	}
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	// 处理KEY3
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) != RESET)
	{
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
		Delay_nms(5);

		if(GPIO_ReadInputDataBit(KEY3_GPIO, KEY3_PIN) == 0)
		{
			LED_Off(10);
			LED_On(7);
			USART1_Puts("Press KEY3_PIN\r\n");
		}

		while(GPIO_ReadInputDataBit(KEY3_GPIO, KEY3_PIN) == 0);
	}

	// 处理KEY4
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line11) != RESET)
	{
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line11);
		Delay_nms(5);

		if(GPIO_ReadInputDataBit(KEY4_GPIO, KEY4_PIN) == 0)
		{
			LED_Off(10);
			LED_On(8);
			USART1_Puts("Press KEY4_PIN\r\n");
		}

		while(GPIO_ReadInputDataBit(KEY4_GPIO, KEY4_PIN) == 0);
	}
}

按键中断特点:

串口输出按键状态:

USART1_Puts("Press KEY1_PIN\r\n");

作用：
- 通过串口报告按键状态
- 远程监控按键操作
- 便于调试和验证

LED + 串口双重指示:

LED_On(5);                        // 本地LED指示
USART1_Puts("Press KEY1_PIN\r\n");  // 远程串口报告

优点：
- 本地可见（LED）
- 远程可知（串口）
- 双重确认

6.4 系统配置 (TF_System)

NVIC中断优先级配置

void NVIC_Configuration(void)
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	// 设置中断向量表位置
	NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0);

	// 设置中断优先级分组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);

	// 配置USART2中断（代码中写的是USART2，但实际使用USART1）
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  // 最高优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	// 配置EXTI9_5中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	// 配置EXTI15_10中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 4;  // 最低优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

NVIC配置要点:

优先级分组:

NVIC_PriorityGroup_4  // 4位抢占优先级，0位响应优先级

说明：
- 抢占优先级：0-15（16级）
- 响应优先级：无
- 数字越小优先级越高

中断优先级分配:

USART2_IRQn    → 0（最高，可打断按键中断）
EXTI9_5_IRQn   → 3（中等）
EXTI15_10_IRQn → 4（最低）

设计理由：
- 串口数据重要，优先级最高
- 避免丢失数据
- 按键可以稍等

7. UART通信协议详解

UART数据帧结构

标准UART数据帧（8N1配置）：
┌─────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬─────┬─────┐
│空闲 │起始│ D0 │ D1 │ D2 │ D3 │ D4 │ D5 │ D6 │ D7 │停止 │空闲│
│  1  │ 0  │ b0 │ b1 │ b2 │ b3 │ b4 │ b5 │ b6 │ b7 │  1  │ 1 │
└─────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴─────┴─────┘
        ↑                                         ↑
     下降沿触发                               上升沿
     开始采样                               帧结束

数据位说明：
- D0-D7：8位数据（LSB先发送）
- 起始位：1位（固定为0）
- 停止位：1位（固定为1）
- 无奇偶校验位

示例：发送字符'A' (ASCII: 0x41 = 0b01000001)
空闲→起始→1→0→0→0→0→0→1→0→停止→空闲
 1    0   1  0  0  0  0  0  1  0   1    1

波特率与时序

波特率：115200 bps（每秒115200位）
┌────────────────────────────────────────┐
│ 每位时间 = 1/115200 ≈ 8.68 μs         │
│ 每帧时间 = 10位 × 8.68μs ≈ 86.8 μs   │
│ 每秒传输 = 115200/10 = 11520 字节    │
│           ≈ 11.25 KB/s                │
└────────────────────────────────────────┘

常用波特率：
┌──────────┬───────────┬──────────────┐
│ 波特率   │ 每位时间  │ 应用场景     │
├──────────┼───────────┼──────────────┤
│ 9600     │ 104.2μs   │ 低速设备     │
│ 115200   │ 8.68μs    │ 标准速率     │← 本项目
│ 230400   │ 4.34μs    │ 高速通信     │
│ 460800   │ 2.17μs    │ 快速传输     │
│ 921600   │ 1.09μs    │ 最高速率     │
└──────────┴───────────┴──────────────┘

UART发送流程

发送数据流程：
1. 检查TXE标志位
   ↓
2. TXE=1？
   ├─ 否 → 等待
   └─ 是 → 继续
   ↓
3. 写入数据到DR
   ↓
4. 硬件自动发送
   ├─ 起始位
   ├─ 数据位(D0-D7)
   └─ 停止位
   ↓
5. 发送完成
   ├─ TXE=1（可写入新数据）
   └─ TC=1（传输完成）

代码实现：
while(!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE));  // 等待TXE=1
USART1->DR = data;                       // 写入数据

UART接收流程

接收数据流程：
1. 检测起始位（下降沿）
   ↓
2. 延时半个位时间（采样点居中）
   ↓
3. 采样数据位D0-D7
   ↓
4. 校验停止位（应为1）
   ↓
5. 数据存入RDR
   ├─ RXNE=1（有数据）
   └─ 触发中断（如果使能）
   ↓
6. 读取数据
   ├─ data = USART1->DR
   └─ RXNE自动清零

代码实现（中断方式）：
void USART1_IRQHandler(void)
{
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE))
    {
        data = USART1->DR;  // 读取自动清RXNE
    }
}

8. printf重定向实现

fputc函数重定向

// 重定向fputc函数，使printf输出到UART1
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    while((USART1->SR & 0X40) == 0);  // 等待TXE标志位
    USART1->DR = (u8)ch;              // 发送字符
    return ch;
}

工作原理:

printf工作流程：
printf("Hello")
    ↓
调用fputc('H', stdout)
调用fputc('e', stdout)
调用fputc('l', stdout)
调用fputc('l', stdout)
调用fputc('o', stdout)
    ↓
每次fputc
    ├─ 等待TXE=1
    ├─ 写入USART1->DR
    └─ 字符通过串口发送

使用示例：
printf("Key1 Pressed!\r\n");
printf("Value: %d\r\n", value);

fgetc函数重定向

// 重定向fgetc函数，使scanf从UART1输入
int fgetc(FILE *f)
{
    while(!(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == SET))
    {
        // 等待接收数据
    }
    return (USART_ReceiveData(USART1));
}

工作原理:

scanf工作流程：
scanf("%d", &num)
    ↓
循环调用fgetc(stdin)
    ├─ 等待RXNE=1
    ├─ 读取USART1->DR
    └─ 返回接收到的字符
    ↓
解析输入，存入变量

使用示例：
scanf("%d", &value);
scanf("%s", str);

使用注意事项

1. 需要包含stdio.h头文件
#include <stdio.h>

2. 需要在Keil中配置
Options → Target → 取消勾选 "Use MicroLIB"

3. 添加宏定义（有些工程需要）
#ifdef __GNUC__
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

4. 避免在中断中使用printf
// ❌ 错误示例
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    printf("Key pressed\r\n");  // 可能导致问题
}

// ✅ 正确示例
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    USART1_Puts("Key pressed\r\n");  // 使用自定义函数
}

9. 使用说明

9.1 硬件连接

连接步骤

连接串口模块

STM32          USB转串口模块
PA9 (TX)   →   RX
PA10 (RX)  ←   TX
GND        →   GND

注意：
- TX接RX，RX接TX（交叉连接）
- 共地连接
- 电平匹配（3.3V）

连接按键

KEY1-KEY4 → PB8-PB11（按下接GND）

连接LED

LED5-LED8 → PB4-PB7（高电平点亮）

9.2 软件配置

串口调试助手设置

串口参数配置：
┌────────────┬──────────┐
│ 波特率     │ 115200   │
│ 数据位     │ 8        │
│ 停止位     │ 1        │
│ 奇偶校验   │ 无       │
│ 流控       │ 无       │
│ 发送格式   │ ASCII    │
│ 接收格式   │ ASCII    │
└────────────┴──────────┘

推荐软件：
- 串口调试助手
- SecureCRT
- PuTTY
- Tera Term
- XCOM

9.3 运行效果

预期现象:

上电启动
```
串口输出：
USART1_Configuration
```

按键KEY1

LED5点亮，其他LED熄灭
串口输出：
Press KEY1_PIN

按键KEY2

LED6点亮，其他LED熄灭
串口输出：
Press KEY2_PIN

串口回显

PC发送：A
STM32回显：A

PC发送：Hello
STM32回显：Hello

9.4 测试方法

测试1：串口通信

步骤：
1. 打开串口调试助手
2. 配置串口参数（115200, 8, N, 1）
3. 连接串口
4. STM32上电复位
5. 观察是否收到"USART1_Configuration"

预期结果：
- 收到启动信息
- 发送字符可回显

测试2：按键功能

步骤：
1. 依次按下KEY1-KEY4
2. 观察LED状态
3. 观察串口输出

预期结果：
- KEY1 → LED5点亮，串口输出"Press KEY1_PIN"
- KEY2 → LED6点亮，串口输出"Press KEY2_PIN"
- KEY3 → LED7点亮，串口输出"Press KEY3_PIN"
- KEY4 → LED8点亮，串口输出"Press KEY4_PIN"

测试3：中断优先级

// 修改代码测试中断嵌套
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    USART1_Puts("Key Start\r\n");
    Delay_nms(3000);  // 延时3秒
    USART1_Puts("Key End\r\n");
}

测试：
1. 按下KEY1
2. 在3秒延时内通过串口发送数据
3. 观察是否能立即收到回显

预期结果：
- USART中断优先级高，能打断按键中断
- 串口数据立即回显
- 按键中断被打断后继续执行

10. 常见问题

问题1：串口无输出

可能原因:

❌ 串口参数配置错误
❌ TX/RX引脚接反
❌ 波特率不匹配
❌ 串口模块未供电

解决方案:

// 检查1：串口参数
USART_BaudRate = 115200  // 确保与PC端一致

// 检查2：GPIO配置
PA9:  GPIO_Mode_AF_PP       // TX必须是复用推挽
PA10: GPIO_Mode_IN_FLOATING // RX必须是浮空输入

// 检查3：硬件连接
STM32 TX → PC RX  // 交叉连接
STM32 RX → PC TX
GND → GND         // 共地

// 调试：测试TX引脚
void Test_TX(void)
{
    while(1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_9);
        Delay_nms(500);
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_9);
        Delay_nms(500);
    }
    // 用示波器观察PA9，应有方波输出
}

问题2：串口乱码

原因: 波特率不匹配

解决方案:

// 确保波特率一致
STM32端：
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;

PC端：
串口助手设置：115200

// 常见波特率：
9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400

// 检查系统时钟
// 波特率精度依赖于系统时钟
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);  // 8MHz × 9 = 72MHz

问题3：按键串口输出异常

原因: 中断服务函数中使用了阻塞延时

解决方案:

// 方案1：减少中断中的延时
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line8) != RESET)
    {
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8);
        Delay_nms(5);  // 只消抖5ms

        if(GPIO_ReadInputDataBit(KEY1_GPIO, KEY1_PIN) == 0)
        {
            USART1_Puts("Press KEY1_PIN\r\n");
        }

        // 不要等待按键释放
        // while(GPIO_ReadInputDataBit(...) == 0);
    }
}

// 方案2：使用标志位，在主循环中处理
volatile uint8_t key_flag = 0;

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line8) != RESET)
    {
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8);
        key_flag = 1;  // 只设置标志位
    }
}

int main(void)
{
    // 初始化...

    while(1)
    {
        if(key_flag)
        {
            key_flag = 0;
            USART1_Puts("Press KEY1_PIN\r\n");
        }
    }
}

问题4：printf无法使用

原因: MicroLIB库冲突或未正确重定向

解决方案:

// 步骤1：取消MicroLIB
Keil → Options → Target → 取消勾选 "Use MicroLIB"

// 步骤2：添加fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    while((USART1->SR & 0X40) == 0);
    USART1->DR = (u8)ch;
    return ch;
}

// 步骤3：包含stdio.h
#include <stdio.h>

// 步骤4：测试
printf("Test printf: %d\r\n", 123);

// 如果还不行，尝试添加：
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE { int handle; };
FILE __stdout;
void _sys_exit(int x) { x = x; }

问题5：NVIC配置中USART2和USART1混淆

原因: 代码中NVIC配置写的是USART2，但实际使用USART1

解决方案:

// 修改NVIC配置
void NVIC_Configuration(void)
{
    // ❌ 错误
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;

    // ✅ 正确
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

1. 项目概述​

技术要点​

应用场景​

2. 硬件平台​

主控芯片​

外设资源​

UART1串口​

独立按键（4个）​

LED指示灯（4个）​

硬件连接​

3. 项目结构​

4. 功能说明​

系统工作流程​

功能特点​

中断优先级配置​

5. UART串口通信原理​

UART通信框架​

UART硬件结构​

UART配置参数​

6. 代码详解​

6.1 主程序 (main.c)​

完整代码​

6.2 UART1驱动 (TF_UART1)​

TF_UART1.h - 头文件​

UART1初始化​

串口发送函数​

串口接收中断​

6.3 按键中断驱动 (TF_KeyBoard)​

按键初始化​

按键中断服务函数​

6.4 系统配置 (TF_System)​

NVIC中断优先级配置​

7. UART通信协议详解​

UART数据帧结构​

波特率与时序​

UART发送流程​

UART接收流程​

8. printf重定向实现​

fputc函数重定向​

fgetc函数重定向​

使用注意事项​

9. 使用说明​

9.1 硬件连接​

连接步骤​

9.2 软件配置​

串口调试助手设置​

9.3 运行效果​

9.4 测试方法​

测试1：串口通信​

测试2：按键功能​

测试3：中断优先级​

10. 常见问题​

问题1：串口无输出​

问题2：串口乱码​

问题3：按键串口输出异常​

问题4：printf无法使用​

问题5：NVIC配置中USART2和USART1混淆​

1. 项目概述

技术要点

应用场景

2. 硬件平台

主控芯片

外设资源

UART1串口

独立按键（4个）

LED指示灯（4个）

硬件连接

3. 项目结构

4. 功能说明

系统工作流程

功能特点

中断优先级配置

5. UART串口通信原理

UART通信框架

UART硬件结构

UART配置参数

6. 代码详解

6.1 主程序 (main.c)

完整代码

6.2 UART1驱动 (TF_UART1)

TF_UART1.h - 头文件

UART1初始化

串口发送函数

串口接收中断

6.3 按键中断驱动 (TF_KeyBoard)

按键初始化

按键中断服务函数

6.4 系统配置 (TF_System)

NVIC中断优先级配置

7. UART通信协议详解

UART数据帧结构

波特率与时序

UART发送流程

UART接收流程

8. printf重定向实现

fputc函数重定向

fgetc函数重定向

使用注意事项

9. 使用说明

9.1 硬件连接

连接步骤

9.2 软件配置

串口调试助手设置

9.3 运行效果

9.4 测试方法

测试1：串口通信

测试2：按键功能

测试3：中断优先级

10. 常见问题

问题1：串口无输出

问题2：串口乱码

问题3：按键串口输出异常

问题4：printf无法使用

问题5：NVIC配置中USART2和USART1混淆