更新日期：2025.04.21

持续更新中...

By ziFly

本文章使用 ARM Cortex-M3 内核的 STM32F103C8T6 作为演示平台

创建HAL库模板

STM32Cube HAL库启动文件（例如：startup_stm32f103xb.s）

在 \Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32F1xx\Source\Templates\arm 里

后缀缩写	释义	Flash容量
x6	低容量	16KB~32KB
xb	中容量	64KB~128KB
xe	高容量	256KB~512KB
xg	超大容量	>512KB

STM32F103C8T6的FLASH容量为64KB，所以选择startup_stm32f103xb.s

手动新建STM32 HAL库模板

①导入startup_stm32f103xb.s

②导入system_stm32f1xx.c 文件（位于\Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32F1xx\Source\Templates）

③拷贝官方模板文件夹中的stm32f1xx_hal_conf.h stm32f1xx.h stm32f1xx_it.h 到User文件夹中

下面是HAL库工程模板

注意：需要在Keil中全局定义 USE_HAL_DRIVER STM32F103xB （在Options -> C/C++ -> Define 里）

点亮一颗LED灯

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();   //使能GPIOA的时钟

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;     //设置为推挽输出模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;             //设置为上拉模式（即高电平）
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;   // 高速
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;              //使用PIN13

HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitSrtuct);         //初始化GPIO口

通用输入/输出

GPIO

GPIO (General - Purpose Input/Output) 即 通用输入/输出

GPIO 有以下两种功能：

输出（用于控制）

输入（用于采集）

复用是通过片上外设来控制的

通用是通过寄存器来控制的

上拉（复用）输入模式：

下拉（复用）输入模式：

开漏（复用）输出模式：

上、下拉电阻关闭；施密特触发器打开。

往ODR寄存器写0时，N-MOS管导通，P-MOS管截止，输出低电平。

往ODR寄存器写1时，N-MOS管截止，P-MOS管截止，输出高阻态。

若要输出高电平，需要在外部接上拉电阻

推挽（复用）输出模式：

上、下拉电阻关闭；施密特触发器打开。

往ODR寄存器写0时，N-MOS管导通，P-MOS管截止，输出低电平。

往ODR寄存器写1时，N-MOS管不导通，P-MOS管截止，输出高电平。

特点：可以输出高低电平，驱动能力强。电平翻转速度快（因为没有上下拉电阻）。

操作GPIO

在stm32f1xx_hal_gpio.h中，定义了以下枚举：


typedef enum
{
  GPIO_PIN_RESET = 0u,
  GPIO_PIN_SET
} GPIO_PinState;


HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)

在枚举类型GPIO_PinState 中，GPIO_PIN_SET = 1u，GPIO_PIN_RESET = 0u;


GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

HAL_GPIO_ReadPin 函数的返回类型是 GPIO_PinState 。对于 GPIO_PinState ，它有两个参数，分别是GPIO_PIN_RESET 和 GPIO_PIN_SET

中断

GPIO口电平变化中断（外部中断EXTI）

中断触发类型：上升沿触发中断、下降沿触发中断、双边沿触发中断

aka外部中断线

GPIO_PIN_x对应EXTIx

事件（event）->送往相应的外设

中断 ->送往处理器

软件中断事件寄存器：可以由软件产生一个模拟中断

请求挂起寄存器：

中断屏蔽寄存器：

NVIC嵌套向量中断控制器在所有的外部中断线中，只有EXTI[4:0]有独立的中断处理函数；

EXTI[9:5]共享中断向量处理函数EXTI9_5_IRQHandler()

EXTI[15:10]共享中断向量处理函数EXTI15_10_IRQHandler()

若不清除请求挂起寄存器，则单片机会反复执行中断。需要使用以下函数来清除请求挂起寄存器：


__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(__EXTI_LINE__);

其中，__EXIT_LINE__ 是要清除的外部中断线，可以填GPIO_PIN_x


HAL_GPIO_EXTI_Callback()

在STM32中，中断向量的优先级分为两层，分为 抢占优先级 和 响应优先级 。优先级的数字越小代表越优先。

两个中断同时发生时，先比较抢占优先级，再比较响应优先级。

若某个中断正在执行中，另外一个中断突然发生，只比较二者的抢占优先级

串口

在单片机中最常见的串口：TTL串口（异步通信）

两机通常要共地

USART 通用同步或异步接收器和发送器

在stm32f1xx_hal_uart.c中，有以下定义：


HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

对于枚举类型HAL_StatusTypeDef，它的结构是这样的


typedef enum
{
  HAL_OK       = 0x00U,
  HAL_ERROR    = 0x01U,
  HAL_BUSY     = 0x02U,
  HAL_TIMEOUT  = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;

第一个参数是需要操作的串口的结构体指针

第二个参数是需要发送的信息的指针。

第三个参数是发送数据的长度，

第四个参数是超时时间（ms)可以使用HAL_MAX_DELAY 来设置最大超时时间。

接收串口数据：


HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

第二个参数是存放接收到的数据的指针，

第三个参数是接收数据的长度

其余和HAL_UART_Transmit()函数一样

轮询模式会造成程序阻塞，建议使用中断模式或者DMA模式。

中断发送模式下不会阻塞程序，可以节约CPU时间，

中断发送模式相比于轮询发送模式，少了个超时时间


HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)

每当移位寄存器将一帧数据转移到发送数据寄存器（TDR） 中，会触发一次TDR非空中断。

其中，中断处理函数为：


void USART2_IRQHandler(void);

但是，由于每一次发送或者接收都要调用这个中断，我们一般使用下面这个中断回调函数


void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

当数据发送完之后，单片机会自动调用此函数

同理，当数据接收完成之后，单片机会自动调用下面这个函数


void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

DMA发送/接收模式与中断发送/接收模式类似。

串口空闲中断 ——用于接收不定长数据


HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

第一个参数：用于接收的串口指针

第二个参数：存放数据的数组

第三个参数：最大接收长度（一般填写数组的最大长度）

HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(); 的回调函数


void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size);

用于接收不定长数据，需要传入接收字节的长度

注意：DMA传输过半也会触发 HAL_UARTEx_RxEventCallback 函数

可以使用


__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT);

第一个参数：DMA通道的指针地址

确认是谁触发了回调函数


if (huart == &huart1) function();

IIC 通讯

IIC分为 SDA 数据线 和 SCL 时钟线。SDA用于传输数据，SCL用于传输时钟信号

半双工通讯主从模式，可以连接多个设备 | 总线协议

IIC通讯例子（以AHT20温湿度传感器为例，STM32和AHT20）

通讯未开始时，SDA、SCL由外部上拉电阻拉至高电平。
主机（STM32）将SDA下拉，发送IIC通信启动信号，I2C通讯开始。
主机（STM32）在SCL为低电平时，设置SDA的电平；从机（AHT20）在SCL为高电平时，读取SDA的电平。
循环8次（即传输 1字节）后，从机（AHT20）在SCL为低电平的时候，将SDA拉低（发送ACK信号）
此时，从机（AHT20）地址发送完成。
双方开始通讯，此时，STM32为从机，AHT20为主机，双方重复步骤4，传输数据。
主机在SCL为1的时候，将SDA拉高，完成数据的传输。

主机发送从机地址（0x71）：

第7位	第6位	第5位	第4位	第3位	第2位	第1位	第0位
0	1	1	1	0	0	0	0

如果主机发起通信的目的是为了设置（写）从机，第0位是0。

如果主机发起通信的目的是为了从从机读取数据，第0位是1。


HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);


HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

第一个参数：外设操纵指针

第二个参数：需要读取的从机地址

接收数据变量的指针

读取多少位数据

超时时间


#include "aht20.h"
#define AHT20_ADDRESS 0x70

void AHT20_Init(void) {
    uint8_t readBuffer;
    HAL_Delay(40);
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, &readBuffer, 1, HAL_MAX_DELAY);
    if ((readBuffer & 0x08) == 0) {
        uint8_t sendBuffer[3] = {0xBE, 0x08, 0x00};
        HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, sendBuffer, 3, HAL_MAX_DELAY);
    }
}

状态机


void AHT20_Measure() {
    static uint8_t sendBuffer[3] = {0xBE, 0x08, 0x00};
    HAL_I2C_Master_Transmit_IT()
}

状态机由状态寄存器和组合逻辑电路构成，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作、完成特定操作的控制中心。有限状态机简写为FSM（Finite State Machine），主要分为2大类：

第一类，若输出只和状态有关而与输入无关，则称为Moore状态机

第二类，输出不仅和状态有关而且和输入有关系，则称为Mealy状态机

typedef enum _Car_StateTypeDef{
    INIT,
    SENDING,
    SENT,
    READING,
    READ
} Car_StateTypeDef;
typedef enum _Car_EventTypeDef{
    INIT,
    SENDING,
    SENT,
    READING,
    READ
} Car_StateTypeDef;

STM32Cube HAL 库

STM32Cube HAL 库指南

创建HAL库模板

通用输入/输出

GPIO

中断

串口

IIC 通讯

状态机