5. 串口通信

📝本节您将了解串口通信（UART）的基本原理和协议格式，学习如何配置 MSPM0G3519 的 UART 外设，实现天巧星开发板与电脑之间的数据收发。

🏆本章目标

1️⃣ 理解串口通信的工作原理和参数含义

2️⃣ 了解 MSPM0G3519 的 UART 外设资源

3️⃣ 通过 SysConfig 配置 UART0 通信参数

4️⃣ 实现开发板向电脑发送数据和接收数据

5.1 串口通信概述

前面几章我们通过 GPIO 控制 LED 亮灭，本质是"电平状态控制"。串口通信则不同——它传递的是"一串消息"。就像打电话一样，一句完整的话里可以包含很多内容，而不是简单地"亮"或"灭"。

串口通信（UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通过 TX（发送）和 RX（接收）两根线实现数据双向传输。发送方把数据拆成一个个位，按固定速率一位一位发出去；接收方按同样速率一位一位收回来，再拼成完整数据。

三个核心概念：

概念	说明	类比
异步通信	双方各自维护时钟，不需要时钟线	两人约定同样的语速聊天，不需要节拍器
全双工	TX 和 RX 可同时工作	电话——双方可以同时说话
波特率	每秒传输的位数，双方必须一致	语言——你说中文我说英文，互相听不懂

串口帧格式 — 一帧数据由以下几个部分构成：

空闲(高) → 起始位(低) → 数据位(D0~D7) → [校验位] → 停止位(高) → 空闲(高)

组成	说明
起始位	1 位低电平，标志一帧开始
数据位	常用 8 位，低位先发
校验位	可选，用于检测传输错误
停止位	1~2 位高电平，标志一帧结束

最常用的配置为 115200 8N1（波特率 115200 / 8 数据位 / 无校验 / 1 停止位）。

5.2 天巧星串口资源

MSPM0G3519 内部集成多个 UART 外设。天巧星开发板上被使用的串口资源：

UART	TX 引脚	RX 引脚	用途	默认波特率
UART0	PA10	PA11	CH340 USB-C 转串口 → 电脑	9600
UART7	PB17	PB18	无线串口模块	115200

天巧星板载 CH340 USB 转串口芯片，UART0 通过 CH340 连接到 USB-C 接口。电脑端安装 CH340 驱动后，插上 USB 线即可在设备管理器中看到虚拟串口（COM 口），无需额外接线。

接线说明

天巧星的 UART0 已通过板载 CH340 连接到 USB-C 口，不需要额外接线。只要用 USB-C 数据线连接开发板和电脑即可通信。

如果需要使用排针上的 UART0 引脚（PA10/PA11）与其他设备通信，注意 TX/RX 交叉连接：

天巧星 TX（PA10） → 对方 RX
天巧星 RX（PA11） → 对方 TX
GND → GND（必须共地）

5.3 SysConfig 配置 UART

5.3.1 添加 UART 外设

打开 .syscfg 文件
左侧面板找到 UART 选项卡
点击 ADD 添加一个 UART 实例

5.3.2 配置 UART 参数

参数	设置值	说明
Name	`UART_0`	实例名称
UART Module	`UART0`	选择 UART0 外设
Baud Rate	`9600`	波特率（与 CH340 默认一致）
Word Length	`8 Bits`	数据位 8 位
Parity	`None`	无校验
Stop Bits	`One`	1 位停止位
Flow Control	`Disable HW flow control`	无硬件流控
Direction	`TX and RX`	收发双向

点击查看截图 — UART 参数配置

UART 参数配置

5.3.3 配置引脚

参数	设置值
TX Pin	`PA10`
RX Pin	`PA11`

点击查看截图 — UART 引脚配置

UART 引脚配置

5.3.4 配置中断（接收中断）

如果需要接收数据，建议使能 RX 中断：

参数	设置值
Enable Interrupts	`Receive`
Interrupt Priority	`Default`

点击查看截图 — UART 中断配置

UART 中断配置

保存 .syscfg 并编译。

SysConfig 生成的宏和常量

UART_0_INST — UART 外设实例
UART_0_INT_IRQN — UART 中断号
UART_0_INST_IRQHandler — 中断服务函数名（如 UART0_IRQHandler）

5.4 UART 相关函数

常用 UART DriverLib 函数

发送单字节：

void DL_UART_Main_transmitData(UART_Regs *uart, uint8_t data);

向 UART 发送缓冲区写入一个字节。调用前需确认发送缓冲区为空。

接收单字节：

uint8_t DL_UART_Main_receiveData(UART_Regs *uart);

从 UART 接收缓冲区读取一个字节。通常在 RX 中断中调用。

查询发送缓冲区状态：

bool DL_UART_Main_isBusy(UART_Regs *uart);

返回 true 表示 UART 正在发送数据，false 表示发送完成。

5.5 实验一：向电脑发送数据

5.5.1 发送单字节

#include "ti_msp_dl_config.h"

// 发送单个字节（阻塞等待发送完成）
void uart_send_byte(uint8_t data)
{
    // 等待发送缓冲区空闲
    while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
    DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, data);
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    while (1) {
        uart_send_byte('A');        // 发送字符 'A'
        delay_cycles(32000000);     // 间隔 1 秒
    }
}

发送单字节 — 串口输出

5.5.2 发送字符串

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <string.h>

void uart_send_byte(uint8_t data)
{
    while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
    DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, data);
}

// 发送字符串
void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        uart_send_byte(*str++);
    }
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    while (1) {
        uart_send_string("Hello Tianqiaoxing!\r\n");
        delay_cycles(32000000);  // 间隔 1 秒
    }
}

发送字符串 — 串口输出

5.5.3 电脑端接收

将天巧星通过 USB-C 数据线连接电脑
打开串口调试工具（如 SSCOM、PuTTY、Arduino Serial Monitor 等）
选择对应 COM 口（设备管理器中查看 CH340 对应的端口号）
设置参数：9600 波特率、8 数据位、无校验、1 停止位
打开串口，即可看到接收到 "Hello Tianqiaoxing!" 字符串

串口乱码排查

如果收到乱码，按以下顺序检查：

波特率是否一致 — 开发板和电脑端必须设置相同的波特率（9600）
时钟配置是否正确 — 波特率的精度依赖系统时钟。默认 32MHz SYSOSC 在常温下精度足够
COM 口是否选对 — 拔插 USB 线观察哪个 COM 口出现/消失
数据位/校验/停止位是否匹配 — 双方必须完全一致

5.6 实验二：接收数据（中断方式）

5.6.1 接收回显

实现功能：电脑发送任意字符，天巧星收到后原样发回（回显）。

#include "ti_msp_dl_config.h"

void uart_send_byte(uint8_t data)
{
    while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
    DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, data);
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    // 使能 UART0 中断
    NVIC_EnableIRQ(UART_0_INST_INT_IRQN);

    while (1) {
        __WFI();
    }
}

// UART0 中断服务函数
void UART0_IRQHandler(void)
{
    uint8_t data;
    switch (DL_UART_Main_getPendingInterrupt(UART_0_INST)) {
        case DL_UART_MAIN_IIDX_RX:
            // 接收到数据，读取并回发
            data = DL_UART_Main_receiveData(UART_0_INST);
            uart_send_byte(data);
            break;
        default:
            break;
    }
}

接收回显 — 串口输出

5.6.2 接收控制 LED

实现功能：电脑发送 '1' 点亮 LED，发送 '0' 熄灭 LED。

#include "ti_msp_dl_config.h"

void uart_send_byte(uint8_t data)
{
    while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
    DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, data);
}

void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        uart_send_byte(*str++);
    }
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    NVIC_EnableIRQ(UART_0_INT_IRQN);

    uart_send_string("Tianqiaoxing UART Ready\r\n");

    while (1) {
        __WFI();
    }
}

void UART0_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_UART_Main_getPendingInterrupt(UART_0_INST)) {
        case DL_UART_MAIN_IIDX_RX: {
            uint8_t data = DL_UART_Main_receiveData(UART_0_INST);

            switch (data) {
                case '1':
                    DL_GPIO_clearPins(LED_PORT, LED_B22_PIN);  // LED亮
                    uart_send_string("LED ON\r\n");
                    break;
                case '0':
                    DL_GPIO_setPins(LED_PORT, LED_B22_PIN);    // LED灭
                    uart_send_string("LED OFF\r\n");
                    break;
                default:
                    uart_send_string("Unknown command\r\n");
                    break;
            }
            break;
        }
        default:
            break;
    }
}

接收控制 LED — 串口输出

实验操作

SysConfig 中同时配置 GPIO（LED PB22 输出）和 UART0
编译下载运行
打开串口工具，连接后应看到 "Tianqiaoxing UART Ready"
发送字符 '1'，LED 亮，串口回显 "LED ON"
发送字符 '0'，LED 灭，串口回显 "LED OFF"

5.7 printf 重定向（可选）

在调试阶段，使用 printf 输出格式化信息非常方便。可以通过重定向 printf 到 UART 实现：

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <stdio.h>

void uart_send_byte(uint8_t data)
{
    while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
    DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, data);
}

// 重定向 fputc（CCS TI ARM Compiler）
int fputc(int ch, FILE *stream)
{
    while( DL_UART_isBusy(UART_0_INST) == true );
    DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, ch);
    return ch;
}

//重定向fputs函数
int fputs(const char* restrict s, FILE* restrict stream) {

    uint16_t char_len=0;
    while(*s!=0)
    {
        while( DL_UART_isBusy(UART_0_INST) == true );
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *s++);
        char_len++;
    }
    return char_len;
}

int puts(const char* _ptr)
{
    return 0;
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    int count = 0;
    while (1) {
        printf("Count: %d\r\n", count++);
        delay_cycles(32000000);
    }
}

printf 重定向 — 串口输出

注意

printf 会增加代码体积（引入格式化库），对 Flash 空间有限的场景需注意
printf 为阻塞调用，频繁调用会影响实时性
生产代码中建议使用自定义的轻量级打印函数

5.8 知识总结

内容	说明
通信方式	异步、全双工、点对点
最少接线	TX、RX、GND 三根
关键参数	波特率、数据位、校验位、停止位
天巧星 UART0	PA10(TX) / PA11(RX) → CH340 → USB-C
收发方式	发送用轮询，接收用中断（推荐）
乱码原因	99% 是波特率不匹配

串口通信是嵌入式开发中最重要的调试手段之一。后续章节中，我们会频繁使用串口输出调试信息。下一章将学习定时器，实现精确的周期定时功能。

电赛TI：简易PID入门项目

显示类

传感器类

无线通信类

控制类

5. 串口通信 ​

5.1 串口通信概述 ​

5.2 天巧星串口资源 ​

5.3 SysConfig 配置 UART ​

5.3.1 添加 UART 外设 ​

5.3.2 配置 UART 参数 ​

5.3.3 配置引脚 ​

5.3.4 配置中断（接收中断） ​

5.4 UART 相关函数 ​

5.5 实验一：向电脑发送数据 ​

5.5.1 发送单字节 ​

5.5.2 发送字符串 ​

5.5.3 电脑端接收 ​

5.6 实验二：接收数据（中断方式） ​

5.6.1 接收回显 ​

5.6.2 接收控制 LED ​

5.7 printf 重定向（可选） ​

5.8 知识总结 ​