单片机C语言串口通信精解：与外部世界的桥梁，扩展系统功能

# 1. 单片机C语言串口通信概述

串口通信是单片机系统中常用的通信方式，它通过单片机上的串口外设与外部设备进行数据交换。串口通信具有简单、可靠、低成本的特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。

单片机C语言串口通信涉及到串口通信原理、硬件配置、编程基础、高级应用、协议设计和应用实例等方面。本章将对单片机C语言串口通信进行概述，为后续章节的详细介绍奠定基础。

# 2. 串口通信原理与硬件配置

### 2.1 串口通信的基本原理

串口通信是一种异步串行通信方式，数据以位为单位逐个发送和接收。其基本原理如下：

- **起始位：**发送方发送一个低电平信号，表示数据的开始。
- **数据位：**发送方发送数据，通常为 8 位，表示一个字节。
- **奇偶校验位：**可选，用于检测数据传输中的错误。
- **停止位：**发送方发送一个高电平信号，表示数据的结束。

数据传输速率由波特率决定，单位为比特/秒 (bps)。常见的波特率有 9600、115200、921600 等。

### 2.2 单片机串口硬件配置

单片机串口硬件通常包括以下模块：

- **发送器：**负责将数据从单片机发送到外部设备。
- **接收器：**负责从外部设备接收数据到单片机。
- **波特率发生器：**负责产生发送和接收数据的时钟信号。
- **控制寄存器：**用于配置串口参数，如波特率、数据位、奇偶校验等。

**代码块 1：STM32 单片机串口初始化**

#include "stm32f10x.h"

void USART_Init(void)
{
  // 1. 启用串口时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

  // 2. 配置串口引脚
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  // 3. 配置串口参数
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

  // 4. 启用串口
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

**逻辑分析：**

该代码块初始化 STM32F10x 单片机的 USART1 串口，配置波特率为 115200，数据位为 8 位，停止位为 1 位，无奇偶校验，支持发送和接收。

**参数说明：**

- `RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE)`：启用 USART1 串口时钟。
- `GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure)`：配置串口引脚 PA9 和 PA10 为复用推挽输出。
- `USART_Init(USART1, &USART_InitStructure)`：配置串口参数。
- `USART_Cmd(USART1, ENABLE)`：启用串口。

**mermaid 流程图：串口通信过程**

sequenceDiagram
participant A as 发送方
participant B as 接收方
A->>B: 起始位
A->>B: 数据位
A->>B: 奇偶校验位 (可选)
A->>B: 停止位
B->>A: 起始位
B->>A: 数据位
B->>A: 奇偶校验位 (可选)
B->>A: 停止位

# 3.1 串口初始化与配置

### 3.1.1 串口初始化函数

单片机系统中，通常使用串口初始化函数对串口进行初始化配置。常见的串口初始化函数包括：

- **UART_Init()**：初始化串口，配置波特率、数据位、停止位和校验位等参数。
- **USART_Init()**：与UART_Init()类似，用于初始化USART（通用同步/异步收发器/传输器）模块。
- **SCI_Init()*