基于stm32CubeMX（Hal库)的stm32串口通信
目录
一. 了解串口协议和RS-232标准，以及RS232电平与TTL电平的区别；了解"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理
1.1 串口通信协议概念
1.2 RS-232标准
1.3TTL标准
二. 安装 stm32CubeMX，配合Keil，使用寄存器方式（汇编或C，不限） 或HAL库这两种方式，完成下列任务：
2.1 安装Java
2.2安装 stm32CubeMX
2.3 安装固件库
三、重做上一个LED流水灯作业，即用GPIO端口完成3只LED红绿灯的周期闪烁。
3.1 原理图
3.2 创建项目
3.2.1 双击进入stm32f103c8
点击System Core，进入里面的SYS，在debug那里选择Serial Wire
3.2.2 将system clock mux从HSI设为PLLOCK
3.2.3 右边选择要使用到的引脚，本文主要选择PA12,PB1,和PC14,并点击GPIO_Output
3.2.4 接下来建立项目，输入项目名称和项目地址，在Toolchain/IDE选择MDK-ARM
3.2.5 进入code generate界面，选择生成初始化.c/.h文件，后面点击generate code
3.2.6 打开文件夹
3.2.7 打开生成的project文件
3.2.8 在while循环中加入亮灯熄灯代码
3.2.9 编译成功
3.2.10 选择hex文件并通过串行口烧录
3.2.11 烧录
3.2.12 实验成果
四、完成一个STM32的USART串口通讯程序（查询方式即可，暂不要求采用中断方式）
4.1 创建项目
4.2 添加代码
4.3 程完成情况如图且生成hex文件
4.4烧录与接收
五、在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察第1题中3个GPIO端口的输出波形，和第2题中串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。
5.1设置
5.2 点击Run运行程序
5.3 观测波形
5.4 串口调试代码分析波形
六、总结
七、参考链接
一. 了解串口协议和RS-232标准，以及RS232电平与TTL电平的区别；了解"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理
1.1 串口通信协议概念
串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。
1.2 RS-232标准
RS232采用负逻辑电平，定义如下：
| 电平状态 | 电压 |
|---|---|
| 0(space) | +3 ~ +15V |
| 1(mark) | -15 ~ -3V |
| 非法状态 | -3 ~ +3V |
1.3TTL标准
输出 L： <=0.8V ； H：>=2.4V。
输入 L： <=1.2V ； H：=>2.0V
TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有（0.8-0）/2=0.4V，高电平的噪声容限为（5-2.4）/2=1.3V。
1.4 "USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理
TXD：发送端，一般表示为自己的发送端，正常通信必须接另一个设备的RXD。
RXD：接收端，一般表示为自己的接收端，正常通信必须接另一个设备的TXD。
正常通信时候本身的TXD永远接设备的RXD！
自收自发：正常通信时RXD接其他设备的TXD，因此如果要接收自己发送的数据顾名思义，也就是自己接收自己发送的数据，即自身的TXD直接连接到RXD，用来测试本身的发送和接收是否正常，是最快最简单的测试方法，当出现问题时首先做该测试确定是否产品故障。也称回环测试。
二. 安装 stm32CubeMX，配合Keil，使用寄存器方式（汇编或C，不限） 或HAL库这两种方式，完成下列任务：
2.1 安装Java
由于STM32CubeMX是Java实现的，需要安装jdk环境。
jdk官网下载链接：
Java Downloads | Oracle
此时关闭就是安装成功了。
2.2安装 stm32CubeMX
下载地址：
STM32CubeMX - STM32Cube initialization code generator - STMicroelectronics
选择第三个Windows系统的就行。
安装过程如图所示。注意安装路径不要出现中文就行。
2.3 安装固件库
打开cubeMX，在help下选择manage
此处选择install now 第一个是本地下载 ，仅对于已有固件库的电脑。
三、重做上一个LED流水灯作业，即用GPIO端口完成3只LED红绿灯的周期闪烁。
3.1 原理图
3.2 创建项目
3.2.1 双击进入stm32f103c8
点击System Core，进入里面的SYS，在debug那里选择Serial Wire
3.2.2 将system clock mux从HSI设为PLLOCK
接下来设置时钟RCC，在High Speed Clock选择Crystal/Ceramic Resonator
3.2.3 右边选择要使用到的引脚，本文主要选择PA12,PB1,和PC14,并点击GPIO_Output
将GPIO output level选择high
GPIO output level:有low和high两种选择，一般选择low
GPIO mode：推挽输出和开漏输出两者模式，两者模式的区别在于推挽输出中1代表VCC，0表示GND；开漏输出中1代表高阻态，0代表GND。
GPIO Pull-up/Pull-down:输入需要上下拉，输出一般没有上下拉
Maxinum output speed:最大的输出速度，一般选择low就可以了。
3.2.4 接下来建立项目，输入项目名称和项目地址，在Toolchain/IDE选择MDK-ARM
3.2.5 进入code generate界面，选择生成初始化.c/.h文件，后面点击generate code
3.2.6 打开文件夹
3.2.7 打开生成的project文件
3.2.8 在while循环中加入亮灯熄灯代码
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);//PA12熄灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);//PA12亮灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);//PB1熄灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);//PB1亮灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);//PC14熄灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);//PC14亮灯
HAL_Delay(500);//延时0.5s
3.2.9 编译成功
3.2.10 选择hex文件并通过串行口烧录
3.2.11 烧录
通电下将boot0置0，然后再次通电后可运行。
3.2.12 实验成果
四、完成一个STM32的USART串口通讯程序（查询方式即可，暂不要求采用中断方式）
4.1 创建项目
选择合适的芯片。
直接点OK
4.2 添加代码
;RCC寄存器地址映像
RCC_BASE EQU 0x40021000
RCC_CR EQU (RCC_BASE + 0x00)
RCC_CFGR EQU (RCC_BASE + 0x04)
RCC_CIR EQU (RCC_BASE + 0x08)
RCC_APB2RSTR EQU (RCC_BASE + 0x0C)
RCC_APB1RSTR EQU (RCC_BASE + 0x10)
RCC_AHBENR EQU (RCC_BASE + 0x14)
RCC_APB2ENR EQU (RCC_BASE + 0x18)
RCC_APB1ENR EQU (RCC_BASE + 0x1C)
RCC_BDCR EQU (RCC_BASE + 0x20)
RCC_CSR EQU (RCC_BASE + 0x24)
;AFIO寄存器地址映像
AFIO_BASE EQU 0x40010000
AFIO_EVCR EQU (AFIO_BASE + 0x00)
AFIO_MAPR EQU (AFIO_BASE + 0x04)
AFIO_EXTICR1 EQU (AFIO_BASE + 0x08)
AFIO_EXTICR2 EQU (AFIO_BASE + 0x0C)
AFIO_EXTICR3 EQU (AFIO_BASE + 0x10)
AFIO_EXTICR4 EQU (AFIO_BASE + 0x14)
;GPIOA寄存器地址映像
GPIOA_BASE EQU 0x40010800
GPIOA_CRL EQU (GPIOA_BASE + 0x00)
GPIOA_CRH EQU (GPIOA_BASE + 0x04)
GPIOA_IDR EQU (GPIOA_BASE + 0x08)
GPIOA_ODR EQU (GPIOA_BASE + 0x0C)
GPIOA_BSRR EQU (GPIOA_BASE + 0x10)
GPIOA_BRR EQU (GPIOA_BASE + 0x14)
GPIOA_LCKR EQU (GPIOA_BASE + 0x18)
;GPIO C口控制
GPIOC_BASE EQU 0x40011000
GPIOC_CRL EQU (GPIOC_BASE + 0x00)
GPIOC_CRH EQU (GPIOC_BASE + 0x04)
GPIOC_IDR EQU (GPIOC_BASE + 0x08)
GPIOC_ODR EQU (GPIOC_BASE + 0x0C)
GPIOC_BSRR EQU (GPIOC_BASE + 0x10)
GPIOC_BRR EQU (GPIOC_BASE + 0x14)
GPIOC_LCKR EQU (GPIOC_BASE + 0x18)
;串口1控制
USART1_BASE EQU 0x40013800
USART1_SR EQU (USART1_BASE + 0x00)
USART1_DR EQU (USART1_BASE + 0x04)
USART1_BRR EQU (USART1_BASE + 0x08)
USART1_CR1 EQU (USART1_BASE + 0x0c)
USART1_CR2 EQU (USART1_BASE + 0x10)
USART1_CR3 EQU (USART1_BASE + 0x14)
USART1_GTPR EQU (USART1_BASE + 0x18)
;NVIC寄存器地址
NVIC_BASE EQU 0xE000E000
NVIC_SETEN EQU (NVIC_BASE + 0x0010)
;SETENA寄存器阵列的起始地址
NVIC_IRQPRI EQU (NVIC_BASE + 0x0400)
;中断优先级寄存器阵列的起始地址
NVIC_VECTTBL EQU (NVIC_BASE + 0x0D08)
;向量表偏移寄存器的地址
NVIC_AIRCR EQU (NVIC_BASE + 0x0D0C)
;应用程序中断及复位控制寄存器的地址
SETENA0 EQU 0xE000E100
SETENA1 EQU 0xE000E104
;SysTick寄存器地址
SysTick_BASE EQU 0xE000E010
SYSTICKCSR EQU (SysTick_BASE + 0x00)
SYSTICKRVR EQU (SysTick_BASE + 0x04)
;FLASH缓冲寄存器地址映像
FLASH_ACR EQU 0x40022000
;SCB_BASE EQU (SCS_BASE + 0x0D00)
MSP_TOP EQU 0x20005000
;主堆栈起始值
PSP_TOP EQU 0x20004E00
;进程堆栈起始值
BitAlias_BASE EQU 0x22000000
;位带别名区起始地址
Flag1 EQU 0x20000200
b_flas EQU (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (0*4))
;位地址
b_05s EQU (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (1*4))
;位地址
DlyI EQU 0x20000204
DlyJ EQU 0x20000208
DlyK EQU 0x2000020C
SysTim EQU 0x20000210
;常数定义
Bit0 EQU 0x00000001
Bit1 EQU 0x00000002
Bit2 EQU 0x00000004
Bit3 EQU 0x00000008
Bit4 EQU 0x00000010
Bit5 EQU 0x00000020
Bit6 EQU 0x00000040
Bit7 EQU 0x00000080
Bit8 EQU 0x00000100
Bit9 EQU 0x00000200
Bit10 EQU 0x00000400
Bit11 EQU 0x00000800
Bit12 EQU 0x00001000
Bit13 EQU 0x00002000
Bit14 EQU 0x00004000
Bit15 EQU 0x00008000
Bit16 EQU 0x00010000
Bit17 EQU 0x00020000
Bit18 EQU 0x00040000
Bit19 EQU 0x00080000
Bit20 EQU 0x00100000
Bit21 EQU 0x00200000
Bit22 EQU 0x00400000
Bit23 EQU 0x00800000
Bit24 EQU 0x01000000
Bit25 EQU 0x02000000
Bit26 EQU 0x04000000
Bit27 EQU 0x08000000
Bit28 EQU 0x10000000
Bit29 EQU 0x20000000
Bit30 EQU 0x40000000
Bit31 EQU 0x80000000
;向量表
AREA RESET, DATA, READONLY
DCD MSP_TOP ;初始化主堆栈
DCD Start ;复位向量
DCD NMI_Handler ;NMI Handler
DCD HardFault_Handler ;Hard Fault Handler
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD SysTick_Handler ;SysTick Handler
SPACE 20 ;预留空间20字节
;代码段
AREA |.text|, CODE, READONLY
;主程序开始
ENTRY
;指示程序从这里开始执行
Start
;时钟系统设置
ldr r0, =RCC_CR
ldr r1, [r0]
orr r1, #Bit16
str r1, [r0]
;开启外部晶振使能
;启动外部8M晶振
ClkOk
ldr r1, [r0]
ands r1, #Bit17
beq ClkOk
;等待外部晶振就绪
ldr r1,[r0]
orr r1,#Bit17
str r1,[r0]
;FLASH缓冲器
ldr r0, =FLASH_ACR
mov r1, #0x00000032
str r1, [r0]
;设置PLL锁相环倍率为7,HSE输入不分频
ldr r0, =RCC_CFGR
ldr r1, [r0]
orr r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14)
orr r1, #Bit10
str r1, [r0]
;启动PLL锁相环
ldr r0, =RCC_CR
ldr r1, [r0]
orr r1, #Bit24
str r1, [r0]
PllOk
ldr r1, [r0]
ands r1, #Bit25
beq PllOk
;选择PLL时钟作为系统时钟
ldr r0, =RCC_CFGR
ldr r1, [r0]
orr r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14)
orr r1, #Bit10
orr r1, #Bit1
str r1, [r0]
;其它RCC相关设置
ldr r0, =RCC_APB2ENR
mov r1, #(Bit14 :OR: Bit4 :OR: Bit2)
str r1, [r0]
;PA9串口0发射脚
ldr r0, =GPIOA_CRH
ldr r1, [r0]
orr r1, #(Bit4 :OR: Bit5)
;PA.9输出模式,最大速度50MHz
orr r1, #Bit7
and r1, #~Bit6
;10：复用功能推挽输出模式
str r1, [r0]
ldr r0, =USART1_BRR
mov r1, #0x271
str r1, [r0]
;配置波特率-> 115200
ldr r0, =USART1_CR1
mov r1, #0x200c
str r1, [r0]
;USART模块总使能 发送与接收使能
;71 02 00 00 2c 20 00 00
;AFIO 参数设置
;Systick 参数设置
ldr r0, =SYSTICKRVR
;Systick装初值
mov r1, #9000
str r1, [r0]
ldr r0, =SYSTICKCSR
;设定,启动Systick
mov r1, #0x03
str r1, [r0]
;切换成用户级线程序模式
ldr r0, =PSP_TOP
;初始化线程堆栈
msr psp, r0
mov r0, #3
msr control, r0
;初始化SRAM寄存器
mov r1, #0
ldr r0, =Flag1
str r1, [r0]
ldr r0, =DlyI
str r1, [r0]
ldr r0, =DlyJ
str r1, [r0]
ldr r0, =DlyK
str r1, [r0]
ldr r0, =SysTim
str r1, [r0]
;主循环
main
ldr r0, =Flag1
ldr r1, [r0]
tst r1, #Bit1
;SysTick产生0.5s,置位bit 1
beq main ;0.5s标志还没有置位
;0.5s标志已经置位
ldr r0, =b_05s
;位带操作清零0.5s标志
mov r1, #0
str r1, [r0]
mov r0, #'H'
bl send_a_char
mov r0, #'e'
bl send_a_char
mov r0, #'l'
bl send_a_char
mov r0, #'l'
bl send_a_char
mov r0, #'o'
bl send_a_char
mov r0, #' '
bl send_a_char
mov r0, #'W'
bl send_a_char
mov r0, #'o'
bl send_a_char
mov r0, #'r'
bl send_a_char
mov r0, #'l'
bl send_a_char
mov r0, #'d'
bl send_a_char
mov r0, #'\n'
bl send_a_char
b main
;子程序 串口1发送一个字符
send_a_char
push {r0 - r3}
ldr r2, =USART1_DR
str r0, [r2]
b1
ldr r2, =USART1_SR
ldr r2, [r2]
tst r2, #0x40
beq b1
;发送完成(Transmission complete)等待
pop {r0 - r3}
bx lr
;异常程序
NMI_Handler
bx lr
HardFault_Handler
bx lr
SysTick_Handler
ldr r0, =SysTim
ldr r1, [r0]
add r1, #1
str r1, [r0]
cmp r1, #500
bcc TickExit
mov r1, #0
str r1, [r0]
ldr r0, =b_05s
;大于等于500次 清零时钟滴答计数器 设置0.5s标志位
;位带操作置1
mov r1, #1
str r1, [r0]
TickExit
bx lr
ALIGN
;通过用零或空指令NOP填充,来使当前位置与一个指定的边界对齐
END4.3 程完成情况如图且生成hex文件
4.4烧录与接收
此时是在boot0为1情况下烧录。首先先用mcuisp将hex文件烧入stm32芯片，再打开串口调试助手，首先打开刚刚生成的hex文件，再点击发送文件，波特率默认是115200，1位停止位，无校验位。接着将boot0置0，点击reset即可接收到hello world。
五、在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察第1题中3个GPIO端口的输出波形，和第2题中串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。
5.1设置
进入调试模式，并打开逻辑分析功能，选择setup，创建引脚。
举例：第12各引脚对应 1 0000 0000 0000 对应十六进制0x00001000
设置引脚名称和展示数据类型为bit
5.2 点击Run运行程序
5.3 观测波形
可以看出三个引脚在周期为0.5s交替出现，从而实现流水灯的闪烁
5.4 串口调试代码分析波形
环境配置与上述一致
不同点：
设置引脚为USART1_SR
观测波形
可以看出烧录的hello world程序的周期为0.5s，每相隔0.5s电平就会变化，从而周期性的输出
六、总结
通过使用STMCubeMX简化实验过程，因为它能生成一些代码。然后可以根据波形来判断自己的代码是否有问题，对于解决问题有很大帮助。
七、参考链接
搭建STM32开发环境——STM32CubeMX，Keil5_Harriet的博客-CSDN博客
搭建STM32开发环境——STM32CubeMX，Keil5
STM32实现LED闪烁——基于HAL库_Harriet的博客-CSDN博客_stm32实现led灯的闪烁
STM32实现LED闪烁——基于HAL库
基于 MDK 创建 STM32 汇编程序：串口输出 Hello world_ssj925319的博客-CSDN博客
基于 MDK 创建 STM32 汇编程序：串口输出 Hello world
STM32最小核心板F103串口通信USART_vic_to_ry的博客-CSDN博客