引言

在 C 语言开发中，printf函数是我们调试程序、输出数据的得力助手，它能将格式化的数据输出到标准输出设备（通常是屏幕）。然而，在嵌入式领域，STM32 单片机并没有默认的显示设备，要让printf函数正常工作，就需要我们手动为它 “指定” 输出方向 —— 这就是重定向技术。通过重定向fputc函数，我们可以让 STM32 通过串口将数据输出到 PC 端或其他设备，实现实时调试与数据交互。本文将详细介绍如何在 STM32 上实现printf重定向到串口，让你的代码 “开口说话”。

一、重定向的核心概念

什么是重定向？

重定向的本质是修改标准库函数的输出目标。在 C 语言中，printf函数会调用fputc函数来完成实际的字符输出操作，而fputc默认指向的输出设备（如终端屏幕）在嵌入式系统中并不存在。因此，我们需要重新实现fputc函数，将字符输出的目标指向 STM32 的串口寄存器或 HAL 库的串口发送函数，这一过程就称为重定向。

为什么需要重定向？

• 无默认输出设备：STM32 本身没有显示屏，无法直接显示printf的输出内容。

• 调试需求：通过串口将数据输出到 PC 端的串口调试助手，是嵌入式开发中最常用的调试手段之一。

• 灵活扩展：除了串口，重定向技术还可将输出指向 LCD、OLED 等其他设备，但串口是最基础、最常用的场景。

二、标准库与 HAL 库的重定向实现

（一）标准库实现（以 USART1 为例）

代码实现

#include "stdio.h"
#include "stm32f10x.h"
​
// 重定向fputc函数到USART1
int fputc(int c, FILE* stream) {
    // 等待串口发送缓冲区为空（TC标志位为1）
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
    // 将字符写入串口发送数据寄存器
    USART_SendData(USART1, (uint8_t)c);
    return c;
}

关键步骤解析

1. 包含头文件：需要包含stdio.h以使用标准库函数。

2. 等待发送完成：USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)用于检测串口发送缓冲区是否为空。只有当TC标志位为 1 时，才能发送下一个字符，避免数据丢失。

3. 发送字符：通过USART_SendData将字符写入串口的发送数据寄存器（DR），由硬件完成实际的串口发送过程。

使用注意事项

• 串口初始化：在使用printf前，需先初始化 USART1（配置波特率、数据位、停止位等）。

• MicroLIB 支持

  ：在 Keil MDK 中，需勾选

  Target -> Use MicroLIB

  否则可能因标准库依赖问题导致编译错误。

（二）HAL 库实现（以 huart1 为例）

代码实现

#include "stdio.h"
#include "stm32f10x_hal.h"
​
UART_HandleTypeDef huart1; // 假设已在CubeMX中配置好huart1
​
int fputc(int c, FILE *f) {
    // 使用HAL库函数发送单个字符（阻塞模式）
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&c, 1, 0xFFFF);
    return c;
}

关键步骤解析

1. HAL 库函数调用：HAL_UART_Transmit是 HAL 库提供的串口发送函数，参数包括串口句柄、发送数据指针、数据长度和超时时间。

2. 阻塞模式发送：最后一个参数0xFFFF表示超时时间较长，确保发送成功。在非阻塞模式下，需结合中断或 DMA 使用，但重定向场景中阻塞模式更简单直接。

使用注意事项

• CubeMX 配置：建议通过 CubeMX 工具初始化串口，生成huart1的配置代码（包括时钟、引脚、波特率等）。

• 头文件包含：需包含stm32f10x_hal.h以使用 HAL 库函数。

三、重定向的调试应用场景

1. 实时数据监控

通过printf输出传感器采集的数据（如温度、电压等），在 PC 端串口调试助手中实时显示，方便观察数据变化趋势。

float temp = get_temperature(); // 假设获取温度的函数
printf("Current temperature: %.2f ℃\n", temp);

2. 程序流程跟踪

在代码中插入printf语句，输出关键变量或函数执行状态，快速定位程序运行中的问题。

void key_processing(void) {
    printf("Key pressed: %d\n", key_value); // 输出按键值
    // 处理按键逻辑
}

3. 命令交互

结合串口接收功能，实现简单的命令行交互界面，通过printf返回命令执行结果。

if (cmd == "version") {
    printf("System version: V1.0.0\n");
}

四、常见问题与解决方案

1. 输出乱码

• 原因：串口波特率、数据位、停止位等参数与调试助手不一致。

• 解决：确保 STM32 的串口配置与调试助手设置完全一致（如波特率 115200、8 位数据位、1 位停止位、无校验）。

2. 程序编译错误（未定义FILE类型）

• 原因：未包含stdio.h头文件，或未启用 MicroLIB。

• 解决：添加#include "stdio.h"，并在 Keil 中勾选Use MicroLIB。

3. 输出延迟或卡顿

• 原因：串口发送缓冲区已满，后续字符被阻塞。

• 解决：确保fputc函数中正确等待发送完成标志（如USART_FLAG_TC），或改用 DMA 方式发送以提高效率。

五、总结

通过重定向fputc函数，我们赋予了 STM32 使用printf函数的能力，使其能够通过串口与外界进行数据交互。无论是标准库还是 HAL 库，核心思路都是将字符输出指向串口的发送函数，并处理好发送过程中的同步问题。这一技巧不仅是调试的利器，也是实现设备监控、交互功能的基础。

六、最后

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