简介：面向STM32F103嵌入式开发者的一份标准库工程资源，核心演示如何利用DMA控制器实现USART3串口的高效接收与发送，解决实时通信场景中CPU频繁干预数据搬运的问题。适合具备基础STM32开发经验、希望掌握DMA与USART联动配置的工程师或学习者参考。

压缩包共171个文件，约3.41MB，以C语言源文件（30个.c）、头文件（31个.h）及汇编启动文件（33个.s）为主体，并附带Keil工程配置（uvproj/uvopt）、编译生成的目标文件（.o/.axf/.hex）以及链接映射文件（.map）等，可直接打开工程查看或烧录验证。

资源已有3311人浏览学习。工程代码完整，覆盖DMA通道选择、传输方向配置、USART3参数初始化、中断处理及主流程框架，开发者可在此基础上快速移植到实际项目中，减少底层驱动编写时间，提升串口数据吞吐效率。

1. 为什么 USART3 要用 DMA：CPU 中断搬字节是最不划算的买卖

在数据采集板上，USART3 承担了传感器数据上报和指令接收的工作。最初用标准库的串口中断逐字节收发，115200 波特率下每收一个字节进一次中断、每发一个字节也进一次中断，主循环里的任务被频繁打断，系统响应一塌糊涂。把 USART3 的收发改到 DMA 上之后，中断频率从“每字节一次”降为“一帧一次”，CPU 只负责解析数据。这篇笔记梳理了标准库下 STM32F103 实现 USART3 加 DMA 收发的完整链路：外设时钟、引脚复用、DMA 通道映射、IDLE 中断配合，以及我实际调试中遇到的几个坑。适合已经会串口基本收发、想把 CPU 从搬运中解放出来的开发者参考。

2. USART3 的外设基础：时钟域、引脚复用与串口初始化顺序

2.1 APB1 上的串口：USART3 和 USART1 的差异

很多人在标准库项目里习惯从 USART1 的配置改起。USART1 挂在 APB2 总线上，时钟由 RCC_APB2PeriphClockCmd 开启；USART3 却挂在 APB1 总线上，时钟使能函数是 RCC_APB1PeriphClockCmd。两个外设时钟域不同，APB2 最高 72MHz，APB1 最高 36MHz。对通信波特率来说 36MHz 足够，但如果你把 USART3 当成 APB2 设备来开时钟，串口寄存器根本不会响应。

引脚差异同样明显。USART1 默认引脚是 PA9/PA10，USART3 默认引脚是 PB10/PB11。USART3 支持重映射到 PD8/PD9，板级布线受限时很有用。重映射时除了开启目标 GPIO 端口时钟，还必须开启 AFIO 时钟并调用 GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART3, ENABLE)，否则重映射不生效，信号依然从默认引脚走。

这张表是写代码前的第一份对照清单。外设、引脚、DMA 通道三者关系先列清楚，能避免后面把方向搞混。

2.2 引脚模式：复用推挽和浮空输入不能省

GPIO 初始化看起来简单，最容易出错的是 TX 引脚必须配置成 GPIO_Mode_AF_PP，即复用推挽输出。复用含义是引脚控制权从 GPIO 交给 USART3，让串口移位寄存器驱动引脚。如果误写成普通推挽输出 GPIO_Mode_Out_PP，程序运行正常，但引脚电平由 ODR 决定，USART3 发送数据根本到不了引脚，逻辑分析仪上自然看不到波形。

RX 引脚一般配成 GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入。板级如果已有外部上拉电阻，浮空输入是常见做法，线路空闲电平由外部电阻决定，内部上下拉不会引入额外偏置。如果板上没有上拉，用 GPIO_Mode_IPU 上拉输入更稳妥，避免空闲时 RX 电平不确定产生杂波。

2.3 引脚和重映射的完整代码

// usart3_board.c #include "stm32f10x.h" void USART3_GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef gpio; // USART3 默认引脚在 PB10/PB11，先开 GPIOB 时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 如果板级需要重映射到 PD8/PD9，打开下面两行 // RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART3, ENABLE); // 发送引脚 PB10：复用推挽输出，翻转速率 50MHz gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &gpio); // 接收引脚 PB11：浮空输入，不需要配置 Speed gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOB, &gpio); }

逻辑说明：先开启 GPIOB 时钟，再分别配置 TX 和 RX。RX 没有设置 GPIO_Speed，因为 Speed 只对输出模式有意义，浮空输入下库函数会忽略该字段。

参数说明：GPIO_Pin_10 对应 PB10，GPIO_Pin_11 对应 PB11。重映射时改成 GPIO_Pin_8、GPIO_Pin_9，并把 GPIO_Init 的第一个参数换成 GPIOD。GPIO_Speed_50MHz 是通信引脚的常见选择，波特率较高时别用 2MHz 低速模式，容易把边沿拉缓。

2.4 串口初始化：USART_DMACmd 是容易漏的一步

USART3 外设配置和常规串口一样，波特率、字长、停止位、校验位、硬件流控逐个填入结构体，然后调用 USART_Init。大部分应用不需要流控，填 USART_HardwareFlowControl_None。

初始化完成后不要漏掉 USART_DMACmd。这行代码让 USART3 在收发数据时向 DMA 控制器发出请求。很多人的 DMA 配置完全正确，但串口这边没使能 DMA 请求，数据永远不动。

void USART3_Init(uint32_t baud) { USART_InitTypeDef usart; // 使能 USART3 时钟，注意是 APB1 外设 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE); usart.USART_BaudRate = baud; usart.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; usart.USART_StopBits = USART_StopBits_1; usart.USART_Parity = USART_Parity_No; usart.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; usart.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART3, &usart); // 关键：让串口接收和发送都允许 DMA 请求 USART_DMACmd(USART3, USART_DMAReq_Rx | USART_DMAReq_Tx, ENABLE); USART_Cmd(USART3, ENABLE); }

逻辑说明：先开外设时钟，再调用 USART_Init 配置参数，随后使能 DMA 请求，最后使能串口。USART_Cmd 放在最后，确保参数和 DMA 请求都配置完成后再让串口运行，避免漏配期间产生异常中断。

参数说明：baud 是调用方传入的波特率，常用 9600、115200、460800。USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx 表示收发都启用。USART_DMAReq_Rx 和 USART_DMAReq_Tx 分别对应接收和发送方向的 DMA 请求位。

2.5 初始化顺序的边界

RCC 时钟使能的先后其实无所谓，但必须在任何外设寄存器操作之前完成。如果先写 USART3 寄存器再开时钟，总线时钟还没起来，外设操作会被忽略，现象就是寄存器写不进去。调试时可以把初始化顺序固定为：GPIO 时钟、串口时钟、DMA 时钟、GPIO 模式、USART_Init、USART_DMACmd、DMA_Init、DMA_Cmd。这样一层一层加，出问题也容易定位。

3. DMA 通道配置：USART3_TX 走通道2、RX 走通道3，方向不能反

3.1 DMA1 的通道映射表

STM32F103 的 DMA1 有 7 个通道，每个通道可以接收多个外设的请求，但同一时刻只能服务一个。通道与外设请求的对应关系由硬件固定，不是软件随意指定。USART3_TX 对应 DMA1_Channel2，USART3_RX 对应 DMA1_Channel3。把发送方向的初始化填进 Channel3，USART3 的发送请求根本不会触发该通道，数据链路直接断开。

方向容易搞混，根源在标准库的宏命名。DMA_DIR_PeripheralDST 直译是“外设是目的地”，对应内存到外设，即发送；DMA_DIR_PeripheralSRC 是“外设是源”，对应外设到内存，即接收。发送通道如果误填 PeripheralSRC，DMA 会试图从 USART3->DR 往外搬数据，而发送场景下 DR 没有可读内容，发送缓冲区纹丝不动。

3.2 DMA_InitTypeDef 字段逐项拆解

标准库的 DMA_InitTypeDef 里，和 USART3 收发相关的字段逐个说明。

DMA_PeripheralBaseAddr 填 (uint32_t)&USART3->DR。DMA 只搬这一个数据寄存器，不关心引脚是 PB 还是 PD。DMA_MemoryBaseAddr 填发送或接收缓冲区数组首地址，强转成 uint32_t。DMA_DIR 按 3.1 的方向表填写。DMA_BufferSize 是单次传输的数据量，数据宽度配成 Byte 时单位就是字节。DMA_PeripheralInc 固定 Disable，因为 DR 只有一个；DMA_MemoryInc 填 Enable，数据要依次放进缓冲数组。

DMA_PeripheralDataSize 和 DMA_MemoryDataSize 都填 Byte。如果误填 HalfWord，DMA 每次搬运 16 位，而 USART3 只产生 8 位请求，高 8 位会变成未知值，出现字节错位。DMA_Mode 发送用 Normal，接收不定长帧也常用 Normal。DMA_Priority 接收优先级通常高于发送，接收丢帧不可恢复，发送慢一点还能重发。DMA_M2M 必须填 Disable，填 Enable 会让 DMA 使用内部触发绕过外设，完全脱离 USART3，表现非常诡异。

3.3 通道初始化代码：两个函数一次配齐

// usart3_dma.c #define USART3_RX_BUF_SIZE 256 uint8_t usart3_tx_buf[256]; uint8_t usart3_rx_buf[USART3_RX_BUF_SIZE]; // 发送通道配置保存为全局结构体，发送前可只改地址和长度 DMA_InitTypeDef usart3_dma_init; void USART3_TX_DMA_Config(uint16_t len) { RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Channel2); usart3_dma_init.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART3->DR; usart3_dma_init.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)usart3_tx_buf; usart3_dma_init.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; // 内存 -> 外设 usart3_dma_init.DMA_BufferSize = len; usart3_dma_init.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; usart3_dma_init.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; usart3_dma_init.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; usart3_dma_init.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; usart3_dma_init.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; usart3_dma_init.DMA_Priority = DMA_Priority_High; usart3_dma_init.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel2, &usart3_dma_init); DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE); } void USART3_RX_DMA_Config(void) { DMA_InitTypeDef dma; DMA_DeInit(DMA1_Channel3); dma.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART3->DR; dma.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)usart3_rx_buf; dma.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; // 外设 -> 内存 dma.DMA_BufferSize = USART3_RX_BUF_SIZE; dma.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; dma.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; dma.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; dma.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; dma.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; dma.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh; dma.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel3, &dma); DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE); }

逻辑说明：发送通道结构体特意存成全局，因为发送时数据地址和长度经常变，后续只需修改 MemoryBaseAddr 和 BufferSize，其他字段保持原值。接收通道用局部结构体就可以，初始化一次后基本不动。DMA_DeInit 先把通道恢复默认值，防止上一次配置残留影响本次参数。

参数说明：接收缓冲区 256 字节，后续 IDLE 中断里重载计数器也用同一个宏。DMA_Priority 接收比发送高一级，避免数据溢出。usart3_rx_buf 是全局数组，生命周期覆盖整个 DMA 传输过程，不能放在会被释放的局部作用域里。

3.4 Normal 模式和 Circular 模式怎么选

发送方向用 Normal 是唯一合理选择。发送完一帧自动停止，下次发送前重新配置计数器，逻辑清晰。发送开 Circular 会循环搬运同一段缓冲区，把上次数据反复发出去，通常不是想要的。

接收方向要看业务。不定长协议帧优先用 Normal 加 IDLE 中断，帧结束由串口空闲中断通知 CPU，DMA 计数器记录剩余值，CPU 取出数据后重载。这个方案支持任意帧长，代码简单。Circulad 接收需要自己判断帧边界，还要处理缓冲区回绕，复杂度更高。定长帧可以考虑 Circular 加半传输中断，但那是另一套设计风格，不建议混用。

3.5 缓冲区大小与数据同步

接收缓冲区大小取决于最大帧长。协议帧最大 200 字节，缓冲区开 256 比较合适。IDLE 中断里用总长度减 DMA_GetCurrDataCounter 当前计数得到实际长度。缓冲区开太小，长帧会覆盖缓冲区尾部，数据直接错乱。

缓冲区数组建议全局或静态。栈空间本就有限，几百字节数组放栈上有溢出风险。如果主循环与 DMA 同时访问接收缓冲区，变量要加 volatile 修饰，或用互斥标志保证读写顺序。主循环检测到新帧后尽快把数据拷走，清掉长度标记，避免新帧覆盖旧帧。

4. 常见问题排查：DMA 接收不触发、发送错乱、IDLE 卡死的五个原因

4.1 先搭好正确框架：IDLE 中断怎么配合 DMA 计数

不定长帧接收的常见做法是让 DMA 一直处于接收状态。当串口线上出现一个字节时间的空闲电平时，USART3 产生 IDLE 中断。此时 DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel3) 返回的是剩余未搬运的数量，缓冲区总长度减剩余值，就是这一帧实际收到的字节数。

// stm32f10x_it.c volatile uint16_t usart3_rx_len = 0; void USART3_IRQHandler(void) { if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_IDLE) != RESET) { // 读 SR 再读 DR，硬件清除 IDLE 标志 USART_ReceiveData(USART3); uint16_t remain = DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel3); uint16_t received = USART3_RX_BUF_SIZE - remain; // 标记本次接收长度，具体解析放到主循环 usart3_rx_len = received; // 重载计数器前必须失能通道，否则写入无效 DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE); DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel3, USART3_RX_BUF_SIZE); DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE); } }

逻辑说明：IDLE 中断里的工作拆成三步：清标志、算长度、重载计数。USART_ReceiveData(USART3) 看起来只是读寄存器，实际是在完成 SR 到 DR 的访问顺序。时序不对，IDLE 标志不会被清除，中断会反复进入，主循环直接卡死。

参数说明：USART3_RX_BUF_SIZE 必须和接收 DMA 初始化时的 BufferSize 一致。DMA_GetCurrDataCounter 返回 16 位剩余计数，received 是已经搬入缓冲区的字节数。重载时先 DISABLE、再写计数器、最后 ENABLE，这个顺序不能反。

4.2 问题一：数据发出去但接收 DMA 不触发

现象：串口助手能收到 MCU 发来的数据，但接收缓冲区始终是空的，程序没有任何反应。

原因：这种“发送正常、接收不触发”优先检查 USART3->CR3 的接收 DMA 请求使能位。如果 USART_DMACmd 里只使能了 TX，或者按位或写错，接收方向不会向 DMA 发出请求。

解决：检查初始化代码。正确写法是 USART_DMACmd(USART3, USART_DMAReq_Rx | USART_DMAReq_Tx, ENABLE)。同时确认接收 DMA 通道的 DMA_DIR 是 DMA_DIR_PeripheralSRC。

4.3 问题二：DMA 发送完全没波形，但程序不报错

现象：调用发送函数后，逻辑分析仪在 TX 引脚上看不到任何电平变化，程序不崩溃不卡死，发送函数像被吞了。

原因：最常见是 GPIO 模式配成了 GPIO_Mode_Out_PP。普通推挽输出下引脚由 ODR 控制，USART3 移位寄存器无法驱动引脚。第二个可能是 USART3 时钟没开对，寄存器读写落在未使能的外设上。第三个可能是重映射场景没开 AFIO 时钟，信号走了默认引脚而观察点接在重映射引脚上。

解决：TX 引脚改成 GPIO_Mode_AF_PP。用 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE) 开时钟。重映射时补上 RCC_APB2Periph_AFIO 和 GPIO_PinRemapConfig。

4.4 问题三：第一次发送正常，第二次开始卡死或数据错乱

现象：程序启动后第一次发送正常，第二次调用发送函数要么卡在 while 循环，要么发出上一次残留的数据。

原因：发送通道是 Normal 模式，第一次传输完成后 DMA1_FLAG_TC2 置位。第二次发送前没清除标志，等待完成的 while 条件立即满足，此时 DMA 通道还没重新装载，直接设置 NDTR 不生效，发送的还是旧数据或干脆不发送。

解决：重新装载前调用 DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC2)，按“失能通道 → 清标志 → 设置计数器 → 使能通道”执行。先使能再写计数，外设请求一旦触发会按旧配置搬运。

4.5 问题四：IDLE 中断只触发一次，第二帧再也没有数据

现象：接收 DMA 配合 IDLE 中断，第一帧数据正常解析，第二帧到来后 usart3_rx_len 不再更新。

原因：中断服务函数里只取走数据，没有重载 DMA 计数器。DMA1_Channel3 的 NDTR 降为 0 后通道自动停止，后续字节无法写入缓冲区。

解决：在 IDLE 中断里完成“失能通道 → 设置计数器 → 使能通道”三件套。同时确认 IDLE 标志已被读 SR/DR 清除，否则中断会连续进入，看起来像是卡死。

4.6 问题五：后半段数据乱码，像是字节错位

现象：收到的帧前半段正确，后半段变成随机值或格式错误，接收长度始终对不上。

原因：缓冲区生命周期问题。发送函数传入局部数组指针，函数返回后栈空间被回收，DMA 还在从失效地址搬运数据，前半段碰巧没被覆盖，后半段被其他栈变量污染。另一个原因是 DMA 数据宽度填错，内存侧配成 HalfWord，USART3 是 8 位寄存器，每次搬运 16 位导致字节错位。

解决：发送缓冲区用全局或静态数组，等 DMA 传输完成后再复用。检查 DMA_PeripheralDataSize 和 DMA_MemoryDataSize 都填 Byte。

4.7 一个排查顺序建议

如果 DMA 收发同时出问题，不要一头扎进 DMA 配置。先用普通串口中断模式验证 USART3 收发通路，把 DMA 相关代码注释掉，在中断里做回环，确认引脚、时钟、波特率都没问题，再恢复 DMA 配置逐个功能验证。这个顺序能区分“串口本身问题”和“DMA 配置问题”，减少一半调试时间。调试工具方面，逻辑分析仪比串口助手更适合看波形，DMA 配置错误往往表现为引脚完全没有电平变化。

5. 验证技巧：回环测试与动态重载 NDTR 的收尾细节

5.1 回环测试怎么搭

把 PB10 和 PB11 用杜邦线短接，调用发送函数发出 0x55、0xAA、0x01、0x02、0x03 一组长数据。正常情况下接收 DMA 会把同样数据搬进缓冲区，IDLE 中断里算出的长度应为 5。回环数据不对，问题大概率在两个 DMA 通道的配置关系上，和外部设备无关。

void USART3_DMA_Send(uint8_t *data, uint16_t len) { // 等待上一次发送完成 while (DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC2) == RESET) ; // 失能、清标志、改地址和长度、使能 DMA_Cmd(DMA1_Channel2, DISABLE); DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC2); usart3_dma_init.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)data; usart3_dma_init.DMA_BufferSize = len; DMA_Init(DMA1_Channel2, &usart3_dma_init); DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE); }

逻辑说明：这个发送函数基于 3.3 节保存的全局结构体，发送前只改地址和长度，其余通道参数不变。while 等待的是上一次传输完成标志，第一次调用时 TC2 处于复位状态，不会卡住。

5.2 发送完成后不要立即复用缓冲区

数据交给 DMA 后 CPU 可以继续做别的事，但缓冲区是共享资源。DMA 还没搬完时修改缓冲区，发送内容会混杂新旧数据。我一般维护一个 busy 标志，在 DMA 传输完成中断里清除，主循环发送前检查标志，这个习惯避免大量偶发乱码。

讲一个教训：某个模拟项目里，我把 DMA1_Channel2 和 Channel3 的方向配置写反，串口助手收到的数据和发送内容完全对不上，查了一下午，最后对照数据手册的 DMA 请求映射表一栏一栏核对才定位。从那以后，我每次写 USART 的 DMA 代码，都先画一张“通道号—方向—地址—缓冲区长度”对照表再动手，这个小前置步骤帮我省下了很多次无意义的排查。希望帮到你。

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