嵌入式入门（四）USART 串口深度解析：单片机第一次与电脑对话-平芜编程栈

开发板：STM32F103ZET6
工具链：Keil MDK + VSCode + STM32CubeMX + HAL 库
上一篇：嵌入式入门（三）RCC 与时钟树深度解析

前面几章，GPIO 让我们能"控制"外设、时钟让整个芯片"动"起来——但这一切都发生在芯片内部。从这一章开始，你的单片机第一次和外界对话：它能通过串口把数据发到电脑，也能接收电脑发来的指令。这是嵌入式开发的分水岭——串口是所有调试、日志、上位机交互的基石。

1：通信的基本概念

1.1 UART是什么

UART= Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器。它是一种用于设备间串行通信的硬件电路——数据按位顺序，一次传输 1 位，逐次发送。

1.2 UART怎么接线

UART 由2 根数据线 + 1 根地线组成：

线	作用
Tx	发送数据（Transmit）
Rx	接收数据（Receive）
GND	公共地

接线铁律：Tx 接对端 Rx，Rx 接对端 Tx，双方 GND 共地。因为要构建双向信道，且没有主从之分，地位对等。

助记：x 就是 exchange（交换）的意思，而 'x' 的形状本身就特别像 Tx/Rx 交叉相连的接法。

1.3 UART的四大特点

UART 有四个核心特点，对应四组易混概念：

1.3.1串行 vs 并行

串行	并行
数据线	1 条（或 1 对）	多条（8/16/32 条）
传输方式	一 bit 接一 bit 依次传	一次传完所有位
缺点	速度相对慢	线多成本高、速率受限、距离短、扩展性差、功耗大

并行通信的致命伤：所有位必须同时有效才能被正确采样，但物理上做不到绝对同步，所以时钟反而要放慢；加上串扰严重，只能用于板级短距离。所以 STM32 通信领域，串行是绝对主流。

注意：串行 ≠ UART。SPI、I2C、CAN、UART 都是串行通信技术，UART 只是其中一种。顺带记名词：位（bit，最小单位）、字节（byte=8bit）、半字（16bit，uint16_t）、字（32bit，uint32_t，CPU 一次处理的单位）。

1.3.2同步 vs 异步

同步通信：有一根独立的时钟线，靠时钟的上升沿/下降沿采样数据；
异步通信：没有时钟线，靠收发双方约定好每个 bit 占用多长时间来区分每一位（对 UART 来说，这个约定就是波特率）。

核心判据：区分同步还是异步，只看有没有时钟线。UART 没有同步时钟线，所以是异步（A = Asynchronous）。

1.3.3一对一 vs 一对多

UART 一个串口单元只能和另一个串口单元通信（1对1）。1对多（一个主机带多个从机）是 I2C、SPI 的活，后面会讲。

1.3.4单工 / 半双工 / 全双工

模式	传输方向	类比
单工	只能单向（A→B 或 B→A 二选一）	吵架吵输了，我不说了，你说你的
半双工	能双向，但同一时刻只能一个方向	正常沟通：我说你听，你说我听
全双工	同时双向（A→B 且 B→A）	吵架：你说你的，我说我的，同时进行

UART 有独立的 Tx、Rx 线，所以是全双工。但注意：基于 UART 扩展的RS-485 是半双工。

2：USART与"四方关系"

2.1 USART比UART多了一个"同步"

STM32 手册里都是USART，不是 UART。区别：

UART：UniversalAsynchronousReceiver Transmitter（通用异步收发器）；
USART：UniversalSynchronous AsynchronousReceiver Transmitter（通用同步异步收发器）。

USART 多了一个synchronous（同步）功能——可以额外给 UART 提供一根时钟线，实现同步传输。但这个同步串口模式应用场景极罕见，几乎不用。

结论：忽略同步功能后，USART == UART。入门阶段只学标准的异步通信，后续表述统一用 USART。

2.2四方关系：串口，MCU，GPIO，板子

串口是 MCU 的片上外设（挂在 APB 总线上），类似"网卡和网卡通信，但网卡属于你的电脑"。而 USART 要对外收发信号，必须复用 GPIO 引脚：

USART1(片上外设) ──复用── GPIO(PA9=TX, PA10=RX) ──引脚── CH340(USB转串口) ── USB ── 电脑

细节：配置 USART，一定伴随 GPIO 的配置（复用推挽输出/输入）。这也是第 5 章"复用 GPIO"概念的第一次实战落地。

2.3通信的本质是"约定"

设备间要真正通信，双方必须遵守相同的规则：每秒收发多少数据、一次发多少、哪里开始、哪里结束。就像人和人通信要都说普通话、不说方言。

约定好的规则 = 协议，在单片机通信里更喜欢叫"帧格式"。这条思想适用于 USART，也适用于未来所有通信方式。

3：比特率 vs 波特率

3.1 比特率(Bit Rate)

每秒传送的比特位个数，也叫传信率，侧重"传递有效信息的速度"，单位bit/s（bps）。

一个程序员容易踩的坑：家里的"千兆宽带"，这个"兆"是比特率，且是十进制的（K=1000、M=10⁶、G=10⁹，不是 1024）。所以 1000Mbit/s 实际下载速度 = 1000Mbit ÷ 8 =125MB/s（这里的 M 仍是 10⁶）。而文件大小里的 KB 才是二进制的（1KB = 1024B）。

3.2波特率(Baud Rate)

每秒传送的码元（符号）个数，也叫传码率，单位Baud（Bd）。

关键区别在"码元"：一个码元可以承载 1 bit，也可以承载多个 bit。举例：

张三和李四约定扔球通信，不同颜色的球代表不同信息：蓝=00、绿=01、黄=10、红=11（共 4 种状态，用 2 bit 表示）。张三每秒扔 1 个球，波特率 = 1 Bd；但每个球（码元）携带 2 bit 信息，所以比特率 = 2 bps。
关系：比特率 = 波特率 × 每个码元携带的 bit 数。

3.3 为什么USART里的波特率=比特率

因为 USART 用高低电平两种状态传码元，属于二进制码元——一个码元只能携带 1 bit。所以波特率 = 比特率。这也是为什么很多工具设置波特率时单位写成 b/s 也不奇怪（虽然严格说不严谨）。

波特率最本质的含义：它决定了单个信号会持续多长时间——即"1 个 bit 占用的时间 T"。对发送方，"你打算多长时间发一个数据、持续发多久"；对接收方，"你打算多长时间收一个数据"。这就是异步通信里"没有时钟线也能对齐每一位"的关键。
STM32 的 USART 常用波特率：9600 Bd或115200 Bd。通信双方设置相同的波特率，就解决了"收发快慢不一致"的问题。

4：USART帧格式

波特率解决了"快慢"，但接收方还需要知道：数据什么时候开始？有多少位？什么时候结束？这就靠帧格式来约定。

4.1帧的五个组成部分

一帧 UART 数据（以最常用的 8 数据位 + 1 校验位 + 1 停止位为例）长这样：

空闲 起始 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 校验 停止 ──────┐ ┌─────┐ ┌───── 高电平 │ │ │ … 数据位（LSB 先发）… │ 低电平 └──┘ └───────────────────────────────┘ ↑1bit ← 下降沿标志新帧开始 → 发送 0x55 = 0101 0101（LSB first）：先发 bit0=1，再 bit1=0 … 最后 bit7=0

部分	电平	作用
空闲态（Idle）	高电平（逻辑 1）	无数据时线路保持高电平
起始位（Start）	低电平（逻辑 0），持续 1 bit	下降沿（1→0）标志新帧开始，接收端靠它同步
数据位（Data）	8 或 9 位	承载实际数据，LSB 先发
校验位（Parity）	可选	简单错误检测
停止位（Stop）	高电平，1 / 1.5 / 2 bit	标志帧结束，之后回到空闲

几个要点：

为什么空闲是高电平、起始位要拉低？因为线路默认高电平，那"开始"的标志就只能是拉低——用一次下降沿宣告"新帧来了"。
LSB first：最低有效位先发。比如发1011（十进制 11），实际发送顺序是1 1 0 1（先发 bit0=1）。这是为了让接收端能更快开始处理数据。
停止位为什么必须拉高？如果上一帧发完不强制拉高，那下一帧的起始位（拉低）就可能没有"从高到低"的下降沿，无法被识别。强制拉高就保证了每帧之间至少有一个高电平间隔。让一切具有确定性，是 USART 追求的目标。

易错点：每一帧都必须有完整的起始位和停止位。发 5 个 8 位数据 = 5 个独立帧 = 5 个起始位 + 5 个停止位，而不是"8 个数据位打包一起发"。

4.2 奇偶校验：只能发现"奇数个"错误

校验位让"数据位 + 校验位"里 1 的个数保持奇（奇校验）或偶（偶校验）：

奇校验，数据11110000（4 个 1）→ 校验位设 1 → 总共 5 个 1（奇数）；
偶校验，数据11110000（4 个 1）→ 校验位设 0 → 总共 4 个 1（偶数）。

局限性：奇偶校验只能检测奇数个bit 翻转错误（1 位、3 位…），偶数个翻转（2 位、4 位）查不出来，也无法纠错。课件用"一袋苹果"打比方：偶校验约定"好苹果必须是偶数个"，坏了 1 个（奇数）能发现，坏了 2 个（偶数）就误以为正常。

4.3 帧格式与波特率

帧结构1 起始 + 8 数据 + 0 校验 + 1 停止 = 10 bit：

9600 Baud → 9600 bps ÷ 10 bits/byte = 960 字节/秒 115200 Baud → 115200 ÷ 10 = 11520 字节/秒

这就是为什么 115200 比 9600 快得多——波特率越高，单位时间传的信息越多。

5：硬件结构与三个标志位

5.1 TDR，RDR与位移寄存器

USART 的原理框图很庞杂，但入门只看最核心的数据通路：

发送： CPU 写数据 ──写──> [TDR 发送数据寄存器] ──转移──> [移位寄存器] ──逐位──> Tx 引脚 ↑ TXE==1 才能写 ↑ 发完 TC=1 接收： Rx 引脚 ──逐位──> [移位寄存器] ──转移──> [RDR 接收数据寄存器] ──读──> CPU 读数据 ↑ RXNE==1 才能读

USART 有两个用户可见的数据寄存器——TDR（发送数据寄存器）和RDR（接收数据寄存器），而收发移位寄存器在硬件内部，对用户不可见。发送时：写 TDR → 自动平移到移位寄存器 → 逐位移出；接收时：逐位移入移位寄存器 → 收满自动拷贝到 RDR → 用户读 RDR。

5.2 5 个串口与寄存器地址

STM32F103ZET6 有5 个串口，USART1 地址0x4001 3800（1KB），7 个寄存器（SR/DR/BRR/CR1/CR2/CR3/GTPR）：

外设	所在总线	说明
USART1	APB2（最高 72MHz）	高级同步/异步串行接口
USART2 / USART3	APB1（最高 36MHz）	通用
UART4 / UART5	APB1	通用异步（无同步）

一个巧妙的点：TDR 和 RDR 被映射到同一个物理地址（DR，偏移 0x04）。官方没披露具体实现，推测是通过读写操作类型（r / w）来区分访问哪个寄存器——写 DR 就是写 TDR，读 DR 就是读 RDR。USART_DR 虽然是 32 位，但实际只用 9 位（数据位最多 9 位）。

5.3 三个关键标志位（本章的灵魂）

标志位	全称	含义
TXE	Transmit data registerEmpty	TDR 空了（数据已转到移位寄存器）→ 置 1，此时才能写下一个数据；写 DR 后自动清 0
TC	TransmissionComplete	一帧发完且 TDR 空 → 置 1，表示彻底发完了
RXNE	Read data registerNot Empty	RDR 有数据 → 置 1，此时才能读；读 DR 后自动清 0

为什么需要标志位？USART 发送不是一蹴而就的，是一步一步发的。如果用户在它没发完时又往 TDR 写数据，就会覆盖掉旧数据。所以 USART 必须提供状态信息，把"能不能写/能不能读"的责任告诉用户——这就是 TXE 和 RXNE 存在的意义。

5.4 阻塞模式

所谓阻塞式收发，就是轮询标志位：发送时检测 TXE，若TXE==0（TDR 忙）就一直卡在那等；接收时检测 RXNE，若RXNE==0（没数据）就一直等。这种"卡住等标志位"的模式就是阻塞（Blocking）。

6：实战：轮询模式收发

6.1 硬件：CH340K 当"翻译官"

开发板上用CH340K（USB 转 TTL 串口芯片）。为什么需要它？因为你的电脑（尤其笔记本）已经没有原生串口，而 STM32 只认 TTL 电平信号，二者无法直接对话，所以需要一个"翻译官"把 USB 转成 TTL 串口。

6.2 CubeMX 配置要点

开启 SWD 调试（老规矩，否则第二次烧录失败）；
HSE + 时钟树配 72MHz（别忘，见第 6 课）；
配置 USART1：Mode 选Asynchronous（异步）；波特率115200；字长9 Bits（8 数据 + 1 校验）；奇校验（Odd）；停止位1；无硬件流控；过采样16（默认即可）。使能 USART1 后 CubeMX 会自动把 PA9/PA10 配成 USART1_TX/RX；
配一个 LED 指示（如 PF8）表示数据传输。

扩展：过采样（OverSampling）是什么？它决定 USART 在一个位周期内对接收信号采样多少次来判断逻辑状态。16 倍过采样意味着每个 bit 采样 16 次（取中间几次最可靠的），能更抗噪声地识别数据位。这也是后面讲到的波特率计算公式PCLK / (16 × BaudRate)里那个 16 的由来。

6.3 代码实现（轮询回显）

核心就两个 HAL 接口：收 1 字节、再原样发回去，并让 LED 闪烁指示传输：

/* USER CODE BEGIN PV */ uint8_t recv_byte = 0; uint32_t cnt = 0; /* USER CODE END PV */ while (1) { if (HAL_OK == HAL_UART_Receive(&huart1, &recv_byte, 1, HAL_MAX_DELAY)) { // 这里有个坑：发送的 timeout 建议传 0，不要传 HAL_MAX_DELAY // 因为发送要等 TC==1 才算完成，若死等会让接收变慢，而发送端一直在发，就会丢数据 HAL_UART_Transmit(&huart1, &recv_byte, 1, 0); } cnt++; if (cnt >= 10) // 收到 10 个字节就翻转一次 LED { cnt = 0; HAL_GPIO_TogglePin(GPIOF, GPIO_PIN_8); } }

那个 timeout 的坑：HAL_UART_Transmit的最后一个参数是超时时间。如果传HAL_MAX_DELAY（无限等待），发送函数会死等TC==1（全部发完）才返回——这期间接收被堵住，而发送方一直在发，数据就会丢失。所以这里传0，把数据丢给硬件后立即返回，回到接收循环。

6.4HAL接口详解

HAL_UART_Receive—— 阻塞接收指定数量的数据元素：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

huart：UART 句柄；pData：接收缓冲区指针；Size：要接收的元素个数（不是字节数）；Timeout：超时时间（ms），HAL_MAX_DELAY表示无限等待。
内部逻辑：轮询等待RXNE置位 → 从 DR 取数并按字长/校验掩码提取有效位 → 写入缓冲区，直到收满Size个。
返回：HAL_OK收满 /HAL_TIMEOUT超时 /HAL_BUSY忙 /HAL_ERROR入参非法。

HAL_UART_Transmit—— 阻塞发送指定数量的数据元素：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

内部逻辑：每发一个字节先等TXE置位 → 写入 DR → 递减计数；全部写完再等TC表示发送完成。
返回：HAL_OK/HAL_TIMEOUT/HAL_BUSY/HAL_ERROR。

6.5 源码分析：初始化到底干了什么

6.5.1 USART1的物理地址与结构体

#define USART1 ((USART_TypeDef *)USART1_BASE) #define USART1_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x00003800UL) #define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000UL) #define PERIPH_BASE 0x40000000UL typedef struct { __IO uint32_t SR; /*!< 状态寄存器，偏移 0x00 */ __IO uint32_t DR; /*!< 数据寄存器（TDR/RDR 共址），偏移 0x04 */ __IO uint32_t BRR; /*!< 波特率寄存器，偏移 0x08 */ __IO uint32_t CR1; /*!< 控制寄存器 1，偏移 0x0C */ __IO uint32_t CR2; /*!< 控制寄存器 2，偏移 0x10 */ __IO uint32_t CR3; /*!< 控制寄存器 3，偏移 0x14 */ __IO uint32_t GTPR; /*!< 保护时间和预分频寄存器，偏移 0x18 */ } USART_TypeDef;

这套"结构体指针映射物理地址"的写法，和 GPIO、RCC 一模一样。

6.5.2 初始化参数（CubeMX 图形配置翻译成的 C 代码）：

static void MX_USART1_UART_Init(void) { huart1.Instance = USART1; /* 寄存器基地址 */ huart1.Init.BaudRate = 115200; /* 波特率 115200 */ huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B; /* 字长 9 位（8 数据 + 1 校验） */ huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; /* 停止位 1 位 */ huart1.Init.Parity = UART_PARITY_ODD; /* 奇校验 */ huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; /* 收发使能 */ huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; /* 无硬件流控 */ huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16; /* 16 倍过采样 */ if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }

6.5.3 时钟与GPIO使能（Msplnit）——关键看这里，串口 + 配套引脚都要开：

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* huart) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; if(huart->Instance==USART1) { /* Peripheral clock enable */ __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); // 使能串口时钟 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能串口配套引脚时钟 /**USART1 GPIO Configuration PA9 ------> USART1_TX PA10 ------> USART1_RX */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽输出（TX） GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; // 输入（RX） GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); } }

三个要点串联了前面所有知识：①开 USART1 时钟（第 6 课 RCC）；②PA9 配复用推挽（第 5 课"复用 GPIO"）；③PA10 配输入。USART 是挂在 APB2 上的，所以 USART1 用 PCLK2（72MHz）当波特率基准。

6.6 上位机工具：COMTool

验证需要上位机工具COMTool（sourceforge 免安装软件）。用它发数据给板子、看板子回传的数据。首次用记得把语言改成"中文简体"，关闭不需要的页面只留"收发"页。

7：实战：printf 重定向与多文件模块化

7.1 嵌入式也能用printf吗

学 C 语言时大家都习惯用printf打印日志，但 MCU 没有标准显示器。还能用printf吗？能——因为嵌入式单板几乎都有串口，我们让printf通过串口打印，这就叫"重定向到串口"。

原理很巧妙：printf底层是通过调用fputc一次写一个字符的，scanf/fgets底层是通过fgetc一次读一个字符的。所以只要重写这两个底层函数，就能把printf的输出导向串口、把scanf的输入接到串口——上层printf/scanf的用法完全不用改。

7.2重写fputc/fgetc

int fputc(int ch, FILE *f) { uint8_t data = (uint8_t)ch; if (HAL_UART_Transmit(&huart1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) { return ch; } else { return EOF; } } int fgetc(FILE *f) { uint8_t ch = 0; while (1) { if (HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, HAL_MAX_DELAY) != HAL_OK) { return EOF; } // 忽略 \r，只保留 \n if (ch != '\r') { return (int)ch; } } }

为什么fgetc要过滤\r？因为 Windows 的换行是\r\n两个字符。串口发来"回车"时，上层（比如fgets）只认\n作换行，所以把\r过滤掉、只保留\n，避免读出来混入多余的\r。

7.3 MicroLIB：为什么烧进去没反应

重写了fputc/fgetc，烧录后却没有任何输出？原因：没有勾选MicroLIB，编译器用的是 C 默认的标准库行为（内部其实出错了，只是没报出来）。

MicroLIB是 ARM 为资源极度受限的设备（Cortex-M 微控制器）定制的迷你版标准 C 库，用来替代庞大的 Newlib/Glibc。要用printf，就必须在 Keil 的工程选项里勾选"Use MicroLIB"。

7.4模块化多文件：BSP

随着代码变多，把所有东西堆在main.c里会越来越乱。正确做法是按功能拆成模块：

BSP_Usart_Redir.c / .h：串口重定向驱动；
BSP_LED.c / .h：LED 驱动。

BSP = Board Support Package（板级支持包），负责把"硬件细节"封装起来，让应用层不用关心具体引脚——上一章按键那节我们已经见过这个思想，这次正式落地成独立文件。

几个工程化要点：

7.4.1 防重复包含(头文件固定骨架)

#ifndef __BSP_USART_REDIR_H #define __BSP_USART_REDIR_H /* ... 声明内容 ... */ #endif

7.4.2extern "C"（C++ 兼容）：

#ifdef __cplusplus extern "C" { #endif /* 函数声明 */ #ifdef __cplusplus } #endif

为什么需要它？C++ 编译器会给函数"改名"（名字修饰，比如func变成_Z4funcv），而 C 编译器不改名。加上extern "C"就是告诉 C++ 编译器"别改名，按 C 的规则找函数"，否则链接时会因为名字不匹配而报错。HAL 库头文件里也有它，因为用户可能用 C++ 开发。

7.4.3头文件搜索路径

#include的本质是把头文件拷贝进源文件，拷贝前编译器得先找到它，所以要在 Keil 的 C/C++ 选项里添加头文件所在路径。

7.4.4自己新建的文件不会被 CubeMX 覆盖

CubeMX 重新生成只会动它管理的文件，你在BSP_Drivers里自己建的文件是安全的。

7.5 串口控制LED灯：第一个完整闭环

最终效果：用串口发led1/led2/.../all命令，控制对应的 LED 闪烁——这是"上位机远程控制板子"的第一个完整闭环。

用fgets读一行命令，再用strncasecmp忽略大小写匹配：

void Usart_Ctl_LED() { char who[32]; fgets(who, 31, stdin); if (strncasecmp(who, "LED1", strlen("LED1")) == 0) { printf("LED1 开始闪烁...\n"); LED_Link(LED1); } if (strncasecmp(who, "LED2", strlen("LED2")) == 0) { printf("LED2 开始闪烁...\n"); LED_Link(LED2); } /* LED3 / LED4 / ALL 同理 */ }

走到这里你会发现：7-1 里那个手写的"按行读取"思路，正是fgets的标准行为——现在不用自己写 ReadLine 了，C 库已经帮你封装好了。

8：总结

8.1 知识体系回顾

通信基本概念 ├── 串行 vs 并行：STM32 通信主流是串行（串行 ≠ UART） ├── 同步 vs 异步：看有没有独立时钟线（UART 无 → 异步） ├── 1对1 vs 1对多：UART 是 1对1 └── 单工/半双工/全双工：UART 独立 Tx/Rx → 全双工 USART 与四方关系 ├── USART = UART + 同步（忽略同步则等价） └── 串口/MCU/GPIO/板子：USART 复用 GPIO（PA9=TX, PA10=RX） 比特率 vs 波特率 ├── 比特率 = 传信率（bit/s），宽带里的 K/M/G 是十进制 ├── 波特率 = 传码率（Baud），码元可承载多 bit └── USART 二进制码元 → 波特率 = 比特率 帧格式（五部分） ├── 空闲（高）→ 起始位（低，下降沿）→ 数据位（LSB 先发）→ 校验位 → 停止位（高） ├── 每帧都有起始位 + 停止位 └── 奇偶校验：只能查奇数个错误，不能纠错 硬件结构与标志位 ├── TDR / RDR + 移位寄存器（移位寄存器对用户不可见） ├── 5 个串口：USART1 挂 APB2（72MHz），其余挂 APB1（36MHz） ├── 标志位：TXE（TDR空）/ TC（发完）/ RXNE（RDR非空） └── 阻塞模式 = 轮询标志位 实战 ├── 7-1 轮询收发：HAL_UART_Receive / Transmit + CH340 + COMTool └── 7-2 重定向：重写 fputc/fgetc + MicroLIB + BSP 模块化

8.2 核心要点

UART 四大特点对应四组概念：串行（≠UART）、异步（无时钟线）、1对1、全双工（独立 Tx/Rx）。
波特率 ≠ 比特率，但 USART 里相等：因为二进制码元一个码元只能带 1 bit。
帧格式是"约定"：空闲高电平 → 起始位拉低（下降沿）→ 数据位 LSB 先发 → 校验位 → 停止位拉高。每帧都有起始位和停止位。
奇偶校验只能查奇数个错误：偶数个翻转查不出来，且不能纠错。
三个标志位是收发的心脏：TXE（能写）、RXNE（能读）、TC（发完）——阻塞模式就是轮询它们。
配置 USART 三件事：开 USART 时钟 + 配 GPIO 复用（PA9 复用推挽、PA10 输入）+ 配波特率/字长/校验/停止位。
阻塞收发两个接口：HAL_UART_Receive/HAL_UART_Transmit，注意发送的 timeout 别传 HAL_MAX_DELAY（会因等 TC 丢数据）。
printf 重定向 = 重写 fputc/fgetc：底层封装 + 过滤\r，再勾选 MicroLIB。
BSP 模块化三件套：#ifndef防重复包含、extern "C"兼容 C++、加头文件搜索路径。
串口是嵌入式调试的生命线：printf 打日志 + 上位机发命令，是后续所有章节的标配工具。