STM32CubeMX-HAL库开发笔记

前言

我自己刚刚开始学习STM32时，跟随正点原子课程，一节节课慢慢学，裸机开发可以深入了解和学习到寄存器内部，但是也偏无聊一点。后来，在做项目时，发现很难选择芯片型号，一直使用F103C8T6这款芯片。随着2021年芯片价格翻了接近30倍，自己觉得选型芯片的无比重要，遂学习STM32CubeMX。起初HAL库令自己很难适应，毕竟写个一个延时还得找资料，但是随着学习，发现CubeMX对项目的帮助是巨大的，它可以帮助你不受芯片型号的限制，快速开发项目，且内置FreeRTOS，随手就能跑个操作系统，简直不要太香。

不过界面至今没有汉化版，也是唯一的遗憾。如果只学习HAL库的话，可能会有不知底层是何为的困惑，但是也无妨。就像我作为物理学的学生，老师常说只要会用数学公式一样，我们会用即可。

这是自己编写的一个打地鼠的小游戏，串口显示程序运行位置，右方小灯显示分数，达到17分进入彩蛋程序。

Proteus 8 配置工程

使用Proteus 8可以仿真STM32F103系列T4、T6、C4、C6、R4、R6单片机，可以帮助项目前期少走一点弯路，学习者前期可以少花点钱去学习STM32。

使用STM32CubeMX配置基础工程的部分不做讲解，因为图形化真的很简单。本文章主要记录在配置工程后，HAL库函数的使用。

1、GPIO

读取IO：

HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,BUTTONO_Pin);

写入IO：

HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,LED0_Pin,GPIO_PIN_RESET)            //置0;
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,LED0_Pin,GPIO_PIN_SET)          //置1;

翻转IO：

HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LED0_Pin);

按键例子：

if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,BUTTONO_Pin) == GPIO_Pin_SET);
{while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,BUTTONO_Pin) == GPIO_Pin_SET);//等待按键抬起HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LED0_Pin);                  //翻转HAL_Delay(200);                                         //延时200msHAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LED0_Pin);                   //翻转
}

2、串口通信

串口通信

串口通信模式：

Asynchronous：异步通信

发送、接收数据

//发送数据
HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
uint8_t temp[] = "Hello World!\n\r";
HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,12,50);
HAL_UART_Transmit((UART_HandleTypeDef *) &huart1, (uint8_t *) "Hello World!\r\n", (uint16_t) 14, (uint32_t) 30);
//接收数据
HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

printf 重定向

在Private includes中引入

#include <stdio.h>

在USER CODE BEGIN 0 添加

int fputc(int ch,FILE *f){uint8_t temp[1]={ch};HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2); //h-uart1需要根据自己的配置修改return ch;
}

然后就可以在任意地方使用printf语句方便的输出你想要的内容。

printf("Hello World!\n\r");
HAL_Delay(200);

多个串口发送数据

#include <stdio.h>
#include "stdarg.h"
#include "string.h"#define    TXBUF_SIZE_MAX    100void uart?_printf(const char *format, ...)
{va_list args;uint32_t length;uint8_t txbuf[TXBUF_SIZE_MAX] = {0};va_start(args, format);length = vsnprintf((char *)txbuf, sizeof(txbuf), (char *)format, args);va_end(args);HAL_UART_Transmit(&huart?, (uint8_t *)txbuf, length, HAL_MAX_DELAY);memset(txbuf, 0, TXBUF_SIZE_MAX);
}

scanf重定向

int fgetc(FILE *f)
{uint8_t ch = 0;HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);return ch;
}
scanf("%d %d",&a,&b);

多个串口接收信息-回调函数

开启中断，只起一次作用

HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)aRxBuffer1,1);
HAL_UART_Receive_IT(&huart2,(uint8_t *)aRxBuffer2,1);

回调函数

#define USART1_RXBUFF_SIZE   1024              //定义串口2 接收缓冲区大小 1024字节
char USART1_RXBUFF[USART1_RXBUFF_SIZE];     //定义接收数组
uint8_t data;
uint8_t t=0;uint8_t aRxBuffer1[1]; //定义临时存放数组
uint8_t aRxBuffer2[1];  //定义临时存放数组void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart->Instance == USART1) // 判断是由哪个串口触发的中断{data = aRxBuffer1[0];USART1_RXBUFF[t] = data;t++;HAL_UART_Receive_IT(&huart1,aRxBuffer1,1);        // 重新使能串口1接收中断}if(huart->Instance == USART2){HAL_UART_Transmit(&huart2,aRxBuffer2,1,100);  // 接收到数据马上使用串口1发送出去HAL_UART_Receive_IT(&huart2,aRxBuffer2,1);       // 重新使能串口2接收中断}
}

while函数输出

HAL_Delay(2000);
int i;
for(i=0;i<USART1_RXBUFF_SIZE;i++)printf("%c",USART1_RXBUFF[i]);
t=0;

例2

#define USART1_RXBUFF_SIZE   256     //最大接收字节数
#define USART2_RXBUFF_SIZE   256     //最大接收字节数char Usart1_RxBuff[USART1_RXBUFF_SIZE];    //接收数据
char Usart2_RxBuff[USART2_RXBUFF_SIZE];  //接收数据
uint8_t aRxBuffer1;             //接收中断缓冲
uint8_t aRxBuffer2;             //接收中断缓冲
uint8_t Uart1_Rx_Cnt = 0;      //接收缓冲计数
uint8_t Uart2_Rx_Cnt = 0;      //接收缓冲计数void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)         //串口回调函数
{if(huart->Instance == USART1) // 判断是由哪个串口触发的中断{//      HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&aRxBuffer1,1,100);    // 接收到数据马上使用串口1发送出去
//      HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t *)&aRxBuffer1,1,100);    // 接收到数据马上使用串口2发送出去
//      HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&aRxBuffer1,1);      // 重新使能串口1接收中断if(Uart1_Rx_Cnt >= 255)  //溢出判断{Uart1_Rx_Cnt = 0;memset(Usart1_RxBuff,0x00,sizeof(Usart1_RxBuff));HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"数据溢出", 10,0xFFFF);    }else{Usart1_RxBuff[Uart1_Rx_Cnt++] = aRxBuffer1;   //接收数据转存if((Usart1_RxBuff[Uart1_Rx_Cnt-1] == 0x0A)&&(Usart1_RxBuff[Uart1_Rx_Cnt-2] == 0x0D)) //判断结束位{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&Usart1_RxBuff, Uart1_Rx_Cnt,0xFFFF); //将收到的信息发送出去while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX);//检测UART发送结束HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&Usart1_RxBuff, Uart1_Rx_Cnt,0xFFFF); //将收到的信息发送出去while(HAL_UART_GetState(&huart2) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX);//检测UART发送结束Uart1_Rx_Cnt = 0;memset(Usart1_RxBuff,0x00,sizeof(Usart1_RxBuff)); //清空数组}}}HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&aRxBuffer1, 1);   //再开启接收中断if(huart->Instance == USART2){//      HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&aRxBuffer2,1,100);    // 接收到数据马上使用串口1发送出去if(Uart2_Rx_Cnt >= 255)  //溢出判断{Uart2_Rx_Cnt = 0;memset(Usart2_RxBuff,0x00,sizeof(Usart2_RxBuff));HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"数据溢出", 10,0xFFFF);   }else{Usart2_RxBuff[Uart2_Rx_Cnt++] = aRxBuffer2;   //接收数据转存if((Usart2_RxBuff[Uart2_Rx_Cnt-1] == 0x4B)&&(Usart2_RxBuff[Uart2_Rx_Cnt-2] == 0x4F)) //判断结束位“OK”{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&Usart2_RxBuff, Uart2_Rx_Cnt,0xFFFF); //将收到的信息发送出去while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX);//检测UART发送结束Uart2_Rx_Cnt = 0;memset(Usart2_RxBuff,0x00,sizeof(Usart2_RxBuff)); //清空数组}   }       }HAL_UART_Receive_IT(&huart2, (uint8_t *)&aRxBuffer2, 1);   //再开启接收中断
}

strstr（）函数检索信息

函数的声明

char *strstr(const char *haystack, const char *needle)

参数	说明
haystack	要被检索的 C 字符串
needle	在 haystack 字符串内要搜索的小字符串

该函数返回在 haystack 中第一次出现 needle 字符串的位置，如果未找到则返回 null。

实例

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{const char haystack[20] = "RUNOOB";const char needle[10] = "NOOB";char *ret;ret = strstr(haystack, needle);printf("子字符串是： %s\n", ret);return(0);
}

char *tim_strl = strstr((char *)MQTT_CMDOutPtr+2,"timing\":");  //strstr返回字符首次出现的地址
if((int)*(tim_strl+9) == 125)            //时间为0 - 9{timing = (int)(*(tim_strl+8)) - 48;                       //char转化为int}else if((int)*(tim_strl+10) == 125)          {timing = ((int)(*(tim_strl+8))-48)*10 + ((int)(*(tim_strl+9)) - 48);                       //char转化为int}else if((int)*(tim_strl+11) == 125){timing = ((int)(*(tim_strl+8))-48)*100 + ((int)(*(tim_strl+9))-48)*10 + ((int)(*(tim_strl+10))-48); }sprintf(temp,"{\"method\":\"thing.event.property.post\",\"id\":\"203302322\",\"params\":{\"timing\":%d,\"currentstate\":1},\"version\":\"1.0.0\"}",timing);  //需要回复状态给服务器MQTT_PublishQs0(P_TOPIC_NAME,temp,strlen(temp));   //添加数据，发布给服务器

memset（）清空接收缓存区

memset(USART1_RXBUFF,0,USART1_RXBUFF_SIZE);  //清空WiFi接收缓冲区

每次发送数据前，先情况一下缓存区

LOG信息打印

主流嵌入式输出格式：[日志级别] 文件名：日志信息

"[info] main.c : init ok!"
"[debug] adc.c : adc_getvalue -> 3.3V"
printf("[info] main.c : HAL_Init ok! \r\n");

条件编译

在单片机开发过程中，需要大量的LOG信息；但是开发结束后，不需要一直打印（拖慢单片机速度）。
所以在main.h头文件添加：

#define Log 1 //打印Log信息，不想打印时改为0即可

再把.c文件中所有printf语句包裹上#id Log 与 #endif：

#if Log
printf("[info] main.c : HAL_Init ok! \r\n");
# endif

个性化串口输出

字符转ASCII码网站: 个性化

#define Log 1 //打印Log信息，不想打印时改为0即可
#if Log
printf("  _____  ______ _______ _    _ _____  _   _ \r\n");
printf(" |  __ )|  ____|__   __| |  | |  __ )( ) | |\r\n");
printf(" | |__) | |__     | |  | |  | | |__) |  )| |\r\n");
printf(" |  _  /|  __|    | |  | |  | |  _  /| . ` |\r\n");
printf(" | | ) )| |____   | |  | |__| | | ) (| |(  |\r\n");
printf(" |_|  )_)______|  |_|  (_____/|_|  )_(_| (_|\r\n");
# endif

可变参数宏

在Private includes中引入

#include <stdio.h>

在USER CODE BEGIN 0 添加

int fputc(int ch,FILE *f){uint8_t temp[1]={ch};HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2); //h-uart1需要根据自己的配置修改return ch;
}

在USER CODE BEGIN 0 添加

#define USER_LOG     //注释此行，不打印#ifdef USER_LOG
#define user_main_printf(format,...) printf(format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#define user_main_info(format,...) printf("[main]info:" format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#define user_main_debug(format,...) printf("[main]debug:" format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#define user_main_error(format,...) printf("[main]error:" format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#else
#define user_main_printf(format,...)
#define user_main_info(format,...)
#define user_main_debug(format,...)
#define user_main_error(format,...)
#endif

在while()中添加

user_main_info("Hello World!");
HAL_Delay(200);

自动添加报头和报尾

发送、接收中断

//发送中断
HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
//接收中断
HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

DMA

//使用DMA发送
HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
//使用DMA接收
HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
//DMA暂停
HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart);
//DMA恢复
HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart);
//DMA停止
HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart);

3、外部中断

回调函数

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){if(GPIO_Pin == BUTTON0_Pin); //多个外部中断，需要进一步判断}

4、定时器

使能

HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim)；
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);  //定时器1使能

回调函数

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == htim1.Instance){//定时器1中断业务}
}

读取定时器1的数值

int time_num = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim1);   //读取定时器1的数值

5、IIC

特点：简单、双向、二线制、同步串行总线

注意：IIC是为了与低速设备通信而发明的，所以IIC的传输速率比不上SPI

I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。

每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机正是利用该地址对设备进行访问

IIC写函数

HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

参数	功能说明	例
*hi2c	设置使用的是那个IIC	&hi2c2
DevAddress	写入的地址设置写入数据的地址	0xA0
*pData	需要写入的数据	“Hello”
Size	要发送的字节数	5
Timeout	最大传输时间，超过传输时间将自动退出传输函数	10

IIC读函数

HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,0xA1,(uint8_t*)TxData,2,1000) ；;

参数	功能说明	例
*hi2c	设置使用的是那个IIC	&hi2c1
DevAddress	写入的地址设置写入数据的地址	0xA1
*pData	存储读取到的数据	(uint8_t*)TxData
Size	发送的字节数	2
Timeout	最大读取时间，超过时间将自动退出读取函数	1000

IIC写数据函数

HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

参数	功能说明	例
I2C_HandleTypeDef	I2C操作句柄	&hi2c1
DevAddress	从机设备地址	0xA0
MemAddress	从机寄存器地址	每写入一个字节数据，地址就会自动+1
MemAddSize	从机寄存器地址长度	从机寄存器地址字节长度 8位或16位
*pData	发送的数据的起始地址	8位还是16位
Size	传输数据的大小
Timeout	操作超时时间

例

#define ADDR_24LCxx_Write 0xA0
#define ADDR_24LCxx_Read 0xA1
#define BufferSize 256
uint8_t WriteBuffer[BufferSize],ReadBuffer[BufferSize];for(i=0;i<BufferSize;i++)
{HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Write,i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&WriteBuffer[i],1，0xff);//使用I2C块读，出错。因此采用此种方式，逐个单字节写入
}
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Read, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuffer,BufferSize, 0xff);

6、SPI

SPI 共包含 4 条总线。

环形总线结构

两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位，根据上面的传输模式发出一位数据就会接收到一位数据，移位寄存器在旧的数据没有发完之前是不会接受新的数据的。

SS（Slave Select）：片选信号线，当有多个SPI 设备与 MCU 相连时，每个设备的这个片选信号线是与 MCU 单独的引脚相连的，而其他的 SCK、MOSI、MISO 线则为多个设备并联到相同的 SPI 总线上，低电平有效。

SCK （Serial Clock）：时钟信号线，由主通信设备产生，不同的设备支持的时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为 f PCLK /2。

MOSI （Master Output Slave Input）：主设备输出 / 从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。

MISO（Master Input Slave Output）：主设备输入 / 从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据则由这条信号线输出，即在这条线上数据的方向为从机到主机。

（1）打开软件，选择对应芯片后，配置好时钟源；

（2）勾选SPI1为全双工，硬件NSS关闭，如下图：

（3）勾选好后，PA5、PA6、PA7如下图，在配置PA4为普通io口，gpio_output

（4）SPI1的参数配置选择默认，如下图所示

HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
//发送数据HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
//接收数据

7、FreeRTOS

（1）使能FreeRTOS

（2）创建两个FreeRTOS任务：Task1和Task2

配置流程

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前言

1、GPIO

读取IO：

写入IO：

翻转IO：

按键例子：

2、串口通信

串口通信模式：

发送、接收数据

printf 重定向

多个串口发送数据

scanf重定向

多个串口接收信息-回调函数

strstr（）函数检索信息

memset（）清空接收缓存区

LOG信息打印

条件编译

个性化串口输出

可变参数宏

发送、接收中断

DMA

3、外部中断

回调函数

4、定时器

使能

回调函数

5、IIC

IIC写函数

IIC读函数

IIC写数据函数

例

6、SPI

7、FreeRTOS

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