先快速浏览一下整体方案：借助 STM32CubeMX 配置工具和 HAL 库，将 USB Device 配置为 CDC 类，从而实现虚拟串口功能。整个流程并不复杂，关键在于几个核心配置与代码细节，按步骤操作基本不会出错。

一、硬件准备清单

二、CubeMX 关键配置步骤

1、SYS 设置

2、RCC 配置

3、USB 外设

4、USB_DEVICE 中间件

5、时钟树配置

HSE = 8 MHz
PLL Source = HSE
PLL Mul = x9
SYSCLK = 72 MHz
USB Prescaler = PLLCLK / 1.5 = 48 MHz

特别注意：USB 时钟必须精确锁定 48 MHz，毫厘之差都会导致设备枚举失败——时钟不对，电脑完全无法识别。

三、生成代码后必须手动修改的地方

1、开启 USB 中断

CubeMX 有时会遗漏这一步，需要手动补充：

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_NVIC_SetPriority(USB_LP_CAN1_RX0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(USB_LP_CAN1_RX0_IRQn);
/* USER CODE END 2 */

2、CDC 接收回调函数（核心环节）

在 usbd_cdc_if.c 中找到以下回调函数，并在其中将接收到的数据转发出去：

static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  extern void USB_CDC_RxHandler(uint8_t *buf, uint32_t len);
  USB_CDC_RxHandler(Buf, *Len);
  USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

3、自行封装接收处理函数

单独建立一个文件或在主循环中编写，用于处理接收到的数据：

/* usb_cdc.c */
#include "usbd_cdc_if.h"

void USB_CDC_RxHandler(uint8_t *buf, uint32_t len)
{
  if (len == 0) return;
  // 示例功能：原封不动返回（实现回显）
  CDC_Transmit_FS(buf, len);
}

4、发送函数封装

同样将发送接口封装一下，方便后续调用：

#include "usbd_cdc_if.h"

void USB_CDC_SendString(char *str)
{
  CDC_Transmit_FS((uint8_t*)str, strlen(str));
}

四、main.c 初始化流程

在主程序中调用 USB 初始化，之后就可以像操作普通串口一样收发数据：

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USB_DEVICE_Init(); // 初始化 USB CDC
  
  USB_CDC_SendString("STM32F103 USB CDC Ready!\r\n");
  while (1)
  {
    USB_CDC_SendString("Hello USB CDC\r\n");
    HAL_Delay(1000);
  }
}

五、PC 端现象验证

完全无需额外购买 USB 转 TTL 模块，一根 USB 线即可同时完成供电与通信。

六、常见问题与排查方法

1. 电脑无法识别设备

请检查以下几个关键点：

• 外部晶振是否为 8 MHz？
• USB 时钟是否精确为 48 MHz？
• PA11 / PA12 引脚是否被其他功能复用了？

2. 枚举失败或显示为未知设备

解决方案：

• 更换一根质量合格的 USB 数据线（很多线仅支持充电，无法传输数据）
• 在 PA11/PA12 上串联 22Ω 电阻
• 尽量缩短 USB 线缆长度

3. 发送数据时程序卡死

根本原因在于上一次发送尚未完成，又立即调用了 CDC_Transmit_FS。简单的处理方式如下：

while (CDC_Transmit_FS(buf, len) != USBD_OK) {
  HAL_Delay(1);
}

4. 接收数据不完整

USB 单次传输最多只能携带 64 字节的数据包。如果需要一次性接收更长数据，必须在代码中自行实现拼包逻辑——使用环形缓冲区是最稳妥的方案。

七、进阶扩展

USB + printf 重定向

int _write(int fd, char *ptr, int len)
{
  CDC_Transmit_FS((uint8_t*)ptr, len);
  return len;
}

USB 与串口共存

用 USB 虚拟串口输出调试日志，USART1 则留给外设模块通信，分工明确。

USB + 上位机协议

设计自定义帧头与 CRC 校验，可进一步扩展实现 Bootloader 或参数配置功能。

八、工程级建议汇总