STM32与Qt串口助手软硬件结合测试实验-编程阁

一、实验目的

掌握STM32开发板串口（USART1）的初始化与配置方法，理解串口通信的基本原理。

学会使用FlyMCU工具向STM32开发板烧录程序，掌握开发板下载模式与运行模式的切换方法。

实现Qt自制串口助手与STM32开发板的双向通信，验证串口收发功能的正确性。

通过Qt发送指令控制STM32板载LED灯（D0=PB5、D1=PE5）的亮灭，完成软硬件结合的功能测试。

排查串口通信中的常见问题（如端口占用、乱码、指令无响应等），提升问题解决能力。

二、实验原理

2.1串口通信原理

串口通信是一种异步串行通信方式，通过TX（发送端）和RX（接收端）引脚实现数据双向传输，需约定统一的通信参数（波特率、数据位、校验位、停止位），否则会出现通信失败或乱码。本实验采用USART1（STM32）与USB-TTL模块通信，波特率设为115200，数据位8位，无校验位，停止位1位（115200 8N1）。

2.2 STM32串口与LED控制原理

STM32F103ZET6开发板的USART1对应引脚为PA9（TX）和PA10（RX），通过配置GPIO和USART寄存器，实现串口数据的发送与接收；板载LED灯D0对应PB5引脚、D1对应PE5引脚，通过配置GPIO为推挽输出模式，控制引脚电平高低（低电平点亮、高电平熄灭），实现LED灯的亮灭控制。

STM32通过串口中断接收Qt发送的指令（0、1、2），根据指令执行对应的LED控制逻辑，并将执行结果回显给Qt串口助手，实现双向交互。

2.3工具与环境原理

FlyMCU用于向STM32烧录程序，需通过手动切换开发板至下载模式（BOOT0=1）才能完成程序烧录；Qt串口助手用于与STM32通信，需使用64位MinGW编译器编译，避免串口识别失败，同时需关闭其他占用串口的工具（如FlyMCU），防止端口冲突。

三、实验环境

3.1硬件环境

STM32F103ZET6开发板（板载LED灯D0=PB5、D1=PE5）

USB-TTL模块（带CH340芯片）

串口交叉线（或杜邦线）

USB数据线（用于供电和通信）

电脑一台（Windows 11 64位系统）

3.2软件环境

Keil uVision5（用于编写、编译STM32程序，生成.hex文件）

FlyMCU（用于向STM32开发板烧录程序）

Qt Creator 5.14.2（带64位MinGW编译器，用于运行自制串口助手）

CH340串口驱动（CH34ISER.EXE，与电脑系统版本匹配）

四、实验步骤

4.1实验环境搭建

安装CH340串口驱动：运行CH34ISER.EXE，根据电脑操作系统版本选择对应驱动进行安装，安装完成后，将USB-TTL模块插入电脑，在设备管理器中查看串口（COMx），确认驱动安装成功（无黄色感叹号）。

硬件接线：使用杜邦线连接USB-TTL模块与STM32开发板，接线原则为“TX接RX、RX接TX、GND共地”，具体接线如下：
注意：严禁将USB-TTL的5V引脚与STM32连接，避免烧毁开发板。

USB-TTL TX → STM32 PA10（USART1 RX）

USB-TTL RX → STM32 PA9（USART1 TX）

USB-TTL GND → STM32 GND

USB-TTL 3.3V → STM32 3.3V（为开发板供电）

Qt串口助手准备：确保Qt Creator使用64位MinGW编译器编译串口助手项目，修改串口接收（readData）和发送（on_btn_send_clicked）函数，实现控制字符过滤、自动换行和指令发送功能，确保串口参数可设置为115200 8N1。

4.2 STM32程序编写与编译(这里注明一下，虽然我的keil5代码是中文注释，但是会被识别成乱码)

打开Keil uVision5，创建STM32F103ZET6项目，添加main.c、usart.h、usart.c三个文件，复制以下正确代码（适配D0=PB5、D1=PE5）：

main.c：实现LED初始化、串口初始化，开机发送欢迎信息和心跳包。

#include "stm32f10x.h" #include "usart.h" // 初始化D0(PB5)、D1(PE5)两个板载灯 void LED_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 开启GPIOB和GPIOE的时钟（必须开！） RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); // ========== 初始化D0：PB5 ========== GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // ========== 初始化D1：PE5（修正了之前的错误！） ========== GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); // 这里必须是GPIOE！ // 默认全部熄灭（高电平熄灭，低电平点亮） GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5); } int main(void) { LED_Init(); USART1_Init(); // 函数名正确，无波浪线 // 开机欢迎信息（中文正常显示，无乱码） USART1_SendString("==================================================\r\n"); USART1_SendString(" STM32 软硬件结合测试就绪 (D0=PB5 D1=PE5)\r\n"); USART1_SendString(" 发送 1 → D0亮 \r\n"); USART1_SendString(" 发送 2 → D1亮 \r\n"); USART1_SendString(" 发送 0 → 全部灭\r\n"); USART1_SendString("==================================================\r\n"); while(1) { // 每秒发送心跳包 USART1_SendString("STM32 运行中...\r\n"); Delay_ms(10000); } }

usart.h：声明串口初始化、字符串发送、延时函数。

#ifndef __USART_H #define __USART_H #include "stm32f10x.h" void USART1_Init(void); void USART1_SendString(char *str); void Delay_ms(uint32_t ms); #endif

usart.c：实现串口初始化、中断服务函数（接收指令、控制LED、回显）、字符串发送和延时功能。

#include "usart.h" // 串口中断服务函数，必须正确声明 void USART1_IRQHandler(void); void USART1_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 开启GPIOA和USART1的时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); // ========== 串口引脚初始化 ========== // PA9: USART1_TX GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // PA10: USART1_RX GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // ========== 串口参数配置（115200 8N1，和Qt完全一致） ========== 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_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // ========== 串口中断配置（必须开！否则收不到指令） ========== NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 使能接收中断 USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 使能串口 USART_Cmd(USART1, ENABLE); } // ========== 串口中断：接收指令+控制灯+回显 ========== void USART1_IRQHandler(void) { if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) { uint8_t ch = USART_ReceiveData(USART1); // 1. 回显给Qt，让Qt收到发送的内容 USART_SendData(USART1, ch); // 2. 指令控制灯 if(ch == '0') { GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); // D0灭 GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5); // D1灭 USART1_SendString(" → 全部灯已灭\r\n"); } else if(ch == '1') { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); // D0亮 GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5); // D1灭 USART1_SendString(" → D0(PB5) 已亮\r\n"); } else if(ch == '2') { GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5); // D1亮 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); // D0灭 USART1_SendString(" → D1(PE5) 已亮\r\n"); } } } // ========== 串口发送字符串函数 ========== void USART1_SendString(char *str) { while(*str) { USART_SendData(USART1, *str++); // 等待发送完成 while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); } } // ========== 毫秒延时函数（72MHz系统时钟下，1ms延时） ========== void Delay_ms(uint32_t ms) { uint32_t i, j; for(i = 0; i < ms; i++) for(j = 0; j < 7200; j++); }

编译项目：点击Keil工具栏“魔法棒”，在Output选项中勾选“Create HEX File”，点击“Build”编译项目，确保编译结果显示“0 errors, 0 warnings”，生成.hex文件（位于Objects文件夹中）。

4.3 STM32程序烧录

关闭所有占用串口的工具（Qt、其他串口助手等），打开FlyMCU软件。

FlyMCU参数设置：

串口号：选择设备管理器中CH340对应的COM口（非虚拟串口COM1/COM2）。

波特率：设置为115200。

芯片型号：选择“STM32F103ZET6”。

HEX文件：点击“打开”，选择Keil生成的.hex文件。

其他参数：数据位8位、无校验位、停止位1位，勾选“DTR/RTS自动复位”（辅助复位开发板）。

开发板进入下载模式：

先断开开发板电源（拔掉USB线）。

按住开发板上的BOOT0按键不放，再按住RESET按键不放。

先松开RESET按键，等待1-2秒后，再松开BOOT0按键，此时开发板进入下载模式。

烧录程序：点击FlyMCU中的“开始编程”，等待烧录完成，烧录日志显示“烧录完成！校验成功！”即为烧录成功。

烧录完成后，关闭FlyMCU（释放串口），将开发板切回正常运行模式：按住RESET按键，松开BOOT0按键，再松开RESET按键，开发板重启并运行烧录的程序。

4.4软硬件结合功能测试

打开Qt串口助手，进行串口设置：
点击“打开串口”，确认串口打开成功（状态显示“串口已打开”）。

串口号：选择CH340对应的COM口（与FlyMCU中选择的一致）。
波特率：115200，数据位8位，校验位无，停止位1位。

验证开发板自动发送功能：Qt接收区应每秒收到开发板发送的心跳包“STM32 运行中...”，同时收到开机欢迎信息，说明串口通信正常。
验证LED灯控制功能：

在Qt发送框输入“1”，点击发送，观察开发板D0灯（PB5）是否点亮，Qt接收区是否收到回显“1 → D0(PB5) 已亮”。
在Qt发送框输入“2”，点击发送，观察开发板D1灯（PE5）是否点亮，Qt接收区是否收到回显“2 → D1(PE5) 已亮”。
在Qt发送框输入“0”，点击发送，观察开发板两个LED灯是否全部熄灭，Qt接收区是否收到回显“0 → 全部灯已灭”。

异常测试：验证串口断开、端口占用等异常情况的处理，确保Qt能正确提示“串口已断开”，端口被占用时能提示“无法打开串口”。

五、实验结果与分析

5.1实验结果

环境搭建结果：CH340驱动安装成功，设备管理器中能正常识别串口；硬件接线正确，开发板供电正常；Qt串口助手能正常打开，64位编译器编译无错误。

程序烧录结果：通过FlyMCU手动下载模式，成功将程序烧录至STM32开发板，烧录日志显示“校验成功”，开发板能正常重启运行。

串口通信结果：Qt串口助手能正常接收开发板发送的欢迎信息和心跳包，无乱码、不刷屏；开发板能正常接收Qt发送的指令，无丢失。

LED控制结果：发送“1”时D0灯亮、D1灯灭；发送“2”时D1灯亮、D0灯灭；发送“0”时两灯全部熄灭，回显信息正确，符合实验预期。

5.2结果分析

串口通信成功的关键：通信参数（波特率、数据位等）完全一致，接线正确（TX与RX交叉连接），无端口占用，Qt使用64位编译器编译。

LED控制无响应的排查：本次实验中初期LED无响应，原因是PE5引脚初始化错误（误配置为GPIOB），修正代码后，LED控制功能正常，说明GPIO初始化的正确性直接影响硬件控制效果。

烧录失败的排查：初期烧录卡壳，原因是开发板未手动进入下载模式（BOOT0未接高电平），切换至下载模式后，烧录成功，说明开发板模式切换是烧录的关键步骤。

乱码问题的解决：Qt接收区出现箭头乱码，是因为未过滤串口通信中的控制字符（\r、\n），修改readData函数过滤控制字符后，乱码问题解决。

六、实验注意事项

硬件接线时，严格遵循“TX接RX、RX接TX、GND共地”原则，严禁将5V电压接入STM32开发板，避免烧毁芯片。

烧录程序时，必须先关闭所有占用串口的工具（如Qt、其他串口助手），否则会出现“端口被占用”错误；开发板必须手动进入下载模式，否则烧录失败。

Qt串口助手必须使用64位MinGW编译器编译，Win11系统下32位编译器无法正常识别串口，导致串口打不开。

STM32程序编译时，需确保函数名拼写正确、GPIO初始化正确（对应LED灯引脚），否则会出现串口通信失败或LED控制无响应。

串口通信时，Qt与STM32的通信参数必须完全一致（115200 8N1），参数不匹配会导致乱码或无法接收数据。

烧录完成后，需将开发板切回正常运行模式，否则开发板会一直处于下载模式，无法运行程序。

实验过程中，若出现串口无法打开、数据乱码等问题，优先排查端口占用、接线、通信参数和代码错误。

七、实验总结

本次实验完成了STM32与Qt串口助手的软硬件结合测试，成功实现了串口双向通信和LED灯控制功能。通过实验，掌握了STM32串口初始化、程序烧录的方法，理解了串口通信的原理，学会了排查串口通信中的常见问题（端口占用、乱码、指令无响应等）。

实验过程中，遇到了LED引脚初始化错误、烧录模式切换不当、串口乱码等问题，通过修正代码、严格按步骤操作，均成功解决。本次实验验证了Qt自制串口助手的功能正确性，实现了教材要求的软硬件结合测试目标，为后续STM32串口通信的实际应用奠定了基础。同时，也认识到实验操作的严谨性至关重要，任何一个细节错误（如接线错误、参数不匹配）都会导致实验失败，需耐心排查、逐步验证。