STM32中如何正确配置USART实现printf函数输出到串口？

Question

在STM32项目开发中，如何正确配置USART以实现`printf`函数输出到串口是一个常见需求。通常遇到的问题是：配置完成后，`printf`输出乱码或无任何输出。这可能是由于以下原因：1) 未正确初始化USART波特率、数据位、停止位等参数；2) 未设置正确的NVIC中断优先级或DMA模式；3) 缺少重定向标准输出的代码（如`_write`函数实现）；4) `printf`缓冲区与USART发送速度不匹配导致数据丢失。解决方法包括：仔细核对USART初始化参数，确保时钟配置准确；实现`_write`函数将`printf`输出导向USART；若使用中断或DMA传输，需保证发送完成标志正确处理。这些问题的妥善解决是实现串口调试功能的关键。

Answer 1

1. 问题概述

在STM32项目开发中，通过USART实现`printf`函数输出到串口是一项常见需求。然而，配置完成后，可能会遇到乱码或无任何输出的问题。以下是可能导致这些问题的原因：

• 未正确初始化USART的波特率、数据位、停止位等参数。
• 未设置正确的NVIC中断优先级或DMA模式。
• 缺少重定向标准输出的代码（如`_write`函数实现）。
• `printf`缓冲区与USART发送速度不匹配导致数据丢失。

为了解决这些问题，需要从多个角度进行分析和调整。

2. 参数配置检查

首先，确保USART的初始化参数正确。以下是一个典型的USART初始化代码示例：

void USART_Init(void) {
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    // 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);

    // 配置GPIO引脚
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; // TX
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; // RX
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 配置USART
    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
    USART_Init(USART2, &USART_InitStruct);

    USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}

检查上述代码中的波特率、数据位、停止位是否符合实际需求，并确保时钟配置准确。

3. 标准输出重定向

为了将`printf`输出导向USART，需要实现`_write`函数。以下是一个简单的实现：

#include 
#include "stm32f1xx.h"

int _write(int file, char *ptr, int len) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        while (!(USART2->SR & USART_SR_TXE)); // 等待发送寄存器为空
        USART_SendData(USART2, *ptr++);
    }
    return len;
}

此函数会逐字节将数据发送到USART。如果使用了中断或DMA传输，则需要进一步调整。

4. 中断与DMA处理

当使用中断或DMA进行数据传输时，必须正确处理发送完成标志。以下是一个基于中断的示例：

void USART2_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_TXE) != RESET) {
        if (*buffer_ptr != '\0') {
            USART_SendData(USART2, *buffer_ptr++);
        } else {
            USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, DISABLE);
        }
    }
}

同时，可以通过流程图清晰地展示中断处理逻辑：

mermaid
graph TD
    A[开始] --> B{TXE中断触发?}
    B --是--> C[发送数据]
    C --> D{缓冲区为空?}
    D --是--> E[禁用TXE中断]
    D --否--> F[继续发送]
    B --否--> G[等待下一次中断]

5. 缓冲区与波特率匹配

`printf`函数可能生成大量数据，而USART发送速度有限。为避免数据丢失，可以采取以下措施：

问题	解决方案
缓冲区溢出	增加缓冲区大小或分批发送数据
波特率过低	提高波特率以匹配数据流量
发送速度不足	优化发送逻辑，减少不必要的延迟

例如，通过动态调整缓冲区大小来适应不同的应用场景。