AT32 USART — printf 重定向到串口（嵌入式调试神器）

Tue, 08 Sep 2026 14:56:00 +0800

USART — printf 重定向到串口

难度: ⭐（入门必学）
固件库: AT32F403A_407_Firmware_Library V2.2.2
源文件: project/at_start_f403a/examples/usart/printf/src/main.c

这个实验是干嘛的？

做嵌入式开发，最头疼的就是"程序跑起来了，但不知道里面发生了什么"。

在电脑上编程，你可以用 print() 打印变量值来调试。MCU 没有屏幕怎么办？

答案是：用串口把 printf 的输出发到电脑上。

这个实验教你把 C 语言的 printf 函数"重定向"到 USART 串口。之后你就可以在代码任意位置写 printf("温度=%d", temp)，电脑串口助手就能看到输出。

这是嵌入式开发最常用、最实用的调试手段，没有之一。

硬件准备

你需要一个 USB 转串口模块（几块钱一个）：

模块类型	价格	说明
CH340	~3 块	最便宜，够用
CP2102	~5 块	稳定
FT232	~10 块	贵但好用

接线方式（3 根线）：

开发板          USB转串口模块
  TX  ─────────→  RX
  RX  ←─────────  TX
  GND ──────────  GND

注意：TX 接 RX，RX 接 TX，要交叉！GND 必须共地。

串口助手软件

电脑端需要一个串口助手来查看输出：

软件	平台	推荐度
SSCOM	Windows	⭐⭐⭐ 简单好用
XCOM	Windows	⭐⭐⭐ 功能全
MobaXterm	Windows	⭐⭐⭐ 自带串口
minicom	Linux	⭐⭐

打开串口助手，选择正确的 COM 口（设备管理器里看），设置：

波特率：115200
数据位：8
停止位：1
校验位：None

完整代码

#include "at32f403a_407_board.h"
#include "at32f403a_407_clock.h"

/* volatile 修饰，告诉编译器这个变量可能被中断修改，不要优化掉 */
__IO uint32_t time_cnt = 0;

int main(void)
{
  /* 第一步：系统时钟初始化 */
  system_clock_config();

  /* 第二步：板级初始化（LED、按键等） */
  at32_board_init();

  /* 第三步：串口初始化，波特率 115200 */
  uart_print_init(115200);

  /* 第四步：用 printf 打印一条启动消息 */
  printf("usart printf example: retarget the c library printf function to the usart\r\n");

  /* 第五步：主循环，每秒打印一次计数器 */
  while(1)
  {
    printf("usart printf counter: %u\r\n", time_cnt++);
    delay_sec(1);   // 等 1 秒
  }
}

代码逐行讲解

1. 头文件

1
2

#include "at32f403a_407_board.h"   // 板级支持包，包含 uart_print_init() 等
#include "at32f403a_407_clock.h"   // 时钟配置

2. 全局变量

`1`	`__IO uint32_t time_cnt = 0;`

__IO 是 volatile 的宏定义，表示这个变量可能被意外修改（比如中断里），编译器不要做优化
如果不加 __IO，编译器可能把 time_cnt++ 优化掉，你就看不到计数器变化了

3. 串口初始化

`1`	`uart_print_init(115200);`

这行代码做了两件事：

配置 USART1：设置波特率 115200、8 数据位、无校验、1 停止位
重定向 printf：把 printf 的输出接到 USART1 的发送引脚

波特率 115200 意味着每秒可以传输约 11520 个字节（每个字节 10 bit），足够打印调试信息了。

4. printf 输出

`1`	`printf("usart printf counter: %u\r\n", time_cnt++);`

%u — 无符号整数格式
\r\n — 回车换行（串口助手需要这个才能正确显示）
time_cnt++ — 先打印值，再自增

5. 延时

`1`	`delay_sec(1); // 等 1 秒`

如果不加延时，printf 会以 MCU 的速度疯狂输出，串口助手会收到一大堆数据。

printf 重定向的原理（进阶）

uart_print_init() 内部做了什么？其实很简单：

在 C 标准库里，printf 最终会调用一个叫 fputc 的函数来输出每个字符。我们只需要重写这个函数，让它把字符发到串口：

// 这段代码在 at32f403a_407_board.c 里，你不用自己写
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  // 把字符 ch 通过 USART1 发出去
  usart_data_transmit(USART1, (uint16_t)ch);
  // 等待发送完成
  while(usart_flag_get(USART1, USART_TDC_FLAG) == RESET);
  return ch;
}

这就是"重定向"的全部秘密：替换 fputc，把输出目标从屏幕改成串口。

常用 printf 格式

printf("十进制: %d\n", 123);          // 十进制: 123
printf("十六进制: 0x%X\n", 0xFF);     // 十六进制: 0xFF
printf("浮点数: %.2f\n", 3.14);       // 浮点数: 3.14
printf("字符串: %s\n", "hello");      // 字符串: hello
printf("温度=%d, 湿度=%d\n", 25, 60); // 同时打印多个变量

实验现象

编译、下载程序
打开串口助手，选择正确的 COM 口，波特率 115200
应该看到：

usart printf example: retarget the c library printf function to the usart
usart printf counter: 0
usart printf counter: 1
usart printf counter: 2
...

每秒打印一行，计数器递增。

常见问题

Q: 串口助手收不到数据？

检查 COM 口是否选对（设备管理器里看）
波特率是否 115200
TX/RX 是否交叉连接
GND 是否共地
程序是否下载成功

Q: 收到乱码？

波特率不匹配！代码里是 115200，串口助手也要设 115200
如果时钟配置不对，实际波特率会偏移，也会乱码

Q: 只能用 USART1 吗？

uart_print_init() 默认用 USART1
如果想用其他串口（如 USART2），需要自己修改 fputc 函数

小结

概念	说明
USART	通用同步异步收发器，最常用的串行通信接口
波特率	每秒传输的 bit 数，双方必须一致
printf 重定向	替换 `fputc`，让 printf 输出到串口
`\r\n`	回车换行，串口助手显示必需

学了串口能做什么？

串口是嵌入式开发的"万能接口"——调试、通信、联网都靠它：

调试与监控

用途	说明
变量监控	`printf("温度=%d\n", temp)` 实时查看传感器数据
状态打印	程序跑到哪一步了、有没有进中断、错误码是什么
性能测量	打印代码执行时间，找出性能瓶颈
日志系统	带时间戳的运行日志，出问题后可以回溯

通信与控制

项目	原理	难度
串口控制 LED	电脑发指令控制板子上的灯（“on”/“off”）	⭐
上位机通信	MCU 通过串口把数据发到电脑 Python/C# 程序	⭐⭐
蓝牙透传	接 HC-05 蓝牙模块，手机就能控制 MCU	⭐⭐
WiFi 联网	接 ESP8266 模块，MCU 通过串口发 AT 指令联网	⭐⭐⭐
GPS 定位	接 GPS 模块，解析 NMEA 协议获取经纬度	⭐⭐⭐
RS485 总线	多设备联网通信（工业 Modbus 协议）	⭐⭐⭐
CAN 转串口	汽车/工业设备数据采集	⭐⭐⭐

实际应用场景

智能家居：MCU + ESP8266 + 串口 → 手机远程控制家电
工业采集：MCU + RS485 + 串口 → 采集温湿度传感器数据上传
无人机：MCU + GPS + 串口 → 获取位置信息
调试一切：无论做什么项目，串口 printf 都是你的"眼睛"

核心思路：串口就是 MCU 的"嘴巴"和"耳朵"。能说（printf 发数据）能听（接收指令），就能和电脑、手机、其他设备对话。

下一步：学会了串口打印，接下来可以学 ADC 采样，用 printf 把 ADC 采样值打印出来。

串口 on CLing