STM32外设工作原理(基于HAL库)

1. 通用定时器生成PWM波

1.1 功能概述

通用定时器TIM2-TIM5，TIM9-TIM14，计数器位数，通道数不同

1.2 生成PWM波的原理

PWM（Pulse Width Modulation）就是脉冲宽度调制，PWM波就是具有一定占空比的方波信号，通过定时器的设置可以控制方波的频率和占空比。

1.3 与生成PWM波相关的HAL函数

1.4 STM32CUBEMX配置(固定频率PWM)

对于STM32F407ZGT6的TIM14的CH1可以对应引脚到PF9(LED0)，用来控制灯的亮度

定时器TIM14各选项的意义：

• Disable ,禁用通道
• Input Capture Direct Mode,直接模式输入捕获
• Output Compare No Output,输出比较，不输出到通道引脚
• Output Compare CH1,输出比较，输出到通道引脚CH1
• PWM Generation No Output,生成PWM，不输出到通道引脚
• PWM Generation CH1,生成PWM，输出到通道引脚CH1
• Forced Output CH1,强制通道引脚CH1输出某个电平

PWM模式，选项有PWM Mode 1和PWM Mode 2

PWM Mode 1->递增计数模式：CNT<CCR(有效状态)，CNT>CCR(无效状态)

PWM Mode 2->递减计数模式：CNT<CCR(无效状态)，CNT>CCR(有效状态)

Pulse，PWM脉冲宽度，就是设置16位的捕获/比较寄存器CCR的值。脉冲宽度的值应该小于计数周期的值

eg：设置为50，因为计数器的时钟频率是10kHz（对应定时器APB的值，经过Prescaler分频之后的时钟频率（进入计数器的时钟频率）），所以脉冲宽度为5ms

Output compare preload，输出比较预装载。若Enable，修改CCR值(修改占空比)后立即生效；若Disable，修改CCR之后要等到下一个UEVA事件才会生效。

Fast Mode，是否使用输出比较快速使能

CH Polarity，通道极性，就是CCR与CNT比较输出的有效状态,可以设置为高电平(High）或低电平（(Low)

主程序（固定频率PWM）：

必须调用函数启动定时器，再启动定时器的PWM输出

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim14); //以中断方式启动TIM14
HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim14,TIM_CHANNEL_1);
//TIM14通道1, 启动生成PWM

主程序（可变频率PWM）：

重新实现回调函数HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback()，在此回调函数里编写代码改变占空比。

uint8_t pulseWidth=50;//脉宽
uint8_t dirInc=1;//脉宽变化方向,1=递增,0=递减

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Instance != TIM14)
		return;
	if(dirInc==1)
	{
		pulseWidth++;
		if(pulseWidth>=195)
		{
			pulseWidth = 195;
			dirInc = 0;
		}
	}
	else
	{
		pulseWidth--;
		if(pulseWidth<=5)
		{
			pulseWidth = 5;
			dirInc=1;
		}
	}
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim14,TIM_CHANNEL_1,pulseWidth);//设置CCR的值
}

2. 输入PWM

一个定时器产生PWM波，另一个定时器测量这个PWM波，本次采用TIM14的CH1通道(即PF9)来产生PWM波TIM9_CH1测量pwm波。

2.1 cubemx的配置

使用定时器TIM9的PWM输入功能测量PWM波参数。TIM9有2个通道，在输入PWM模式下，使两个通道都映射到TIM9_CH1的复用引脚上。

由于需要在TIM9的捕获比较中断里读取CCR的值，因此打开TIM9的中断。

3.基于HAL库的按键检测代码

https://wwqe.lanzouo.com/iuE7i0kvztyf

4.CUBEMX配置LCD屏幕

检查FSMC自动分配的GPIO引脚是否与电路图一致，若不一致直接修改即可。

设置背光对应的IO

5.基于HAL库改版正点原子TFTLCD驱动程序（HAL）

基于型号9413，stm32f407zgt6

https://wwqe.lanzouo.com/igS5X0nv67cf

6.基于HAL库改版正点原子HAL库TFTLCD驱动程序（最新版V3）

改良版程序

https://wwqe.lanzouo.com/i3nHP0nvqm8b

基于CUBEIDE的LCD实现程序：

https://wwqe.lanzouo.com/ipmAU0qm5dob

6.1 重点

在最新版的TFTLCD驱动程序中，需要把lcd_ex.c文件在MDK中设置为永不编译的情况

具体说明连接：https://blog.csdn.net/qq_25144391/article/details/118959208

在CUBEIDE的配置中：

7.实时时钟RTC

工程连接https://wwqe.lanzouo.com/iy3Ac0nyb2de

RTC（Real-time Clock，实时时钟）是由时钟信号驱动的日历时钟，提供日期和时间数据。

• RTC能提供BCD或二进制的秒、分钟、小时（12或24小时制）、星期几、日期、月份、年份数据
• RTC模块和时钟配置都使用备用存储区域，使用VBAT备用电源，即使主电源断电或系统复位也不影响RTC的工作
• RTC有两个可编程闹钟中断，可以设定任意组合和重复性的闹钟
• 有一个可周期性唤醒的中断，唤醒中断可以当做一个普通定时器使用
• 具有时间戳和入侵检测功能

RTC文档链接

8.串口USART

工程连接：https://wwqe.lanzouo.com/iOpDW0o4r0ri

8.1常用宏函数

__HAL_UART_ENABLE(__HANDLE__)，使能一个UART口，如
__HAL_UART_ENABLE(&huart1);

__HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__)，使能某
个中断事件源，如
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE); //使能接收中断
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); //使能空闲中断

 __HAL_UART_DISABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__)，禁止
某个中断事件源
     
__HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__)，检查一个串口的某个中断标志是否被置位，返回值为宏定义常量SET或
RESET。中断事件标志的宏定义如下：
UART_FLAG_CTS: CTS 信号变化标志
UART_FLAG_LBD: LIN 打断检测标志
UART_FLAG_TXE: 发送数据寄存器空标志
UART_FLAG_TC: 发送完成标志
UART_FLAG_RXNE: 接收数据寄存器非空标志
UART_FLAG_IDLE: 线路空闲标志
UART_FLAG_ORE: 出错误标志
UART_FLAG_NE: 声错误标志
UART_FLAG_FE: 帧错误标志
UART_FLAG_PE: 奇偶校验错误标志
    
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__)，清除一个UART口的某个事件标志位

注意：注意，HAL_UART_Receive_IT()完成一次数据接收后就关闭了串口接收中断，不会自动进行下一次的接收，需要再次调用HAL_UART_Receive_IT()以启动下一次的接收，但不能在回调函数HAL_UART_RxCpltCallback()里调用HAL_UART_Receive_IT()。

为了能连续进行中断方式的串口接收，程序的处理方法是：在完成一次接收，并且串口状态为空闲，也就是发生UART_IT_IDLE中断时，对接收到的指令数据进行处理，然后再次调用HAL_UART_Receive_IT()以启动下一次的接收。

USART文档链接

9.ADC

• ADC转换电压的输入范围范围是VREF-≤VIN≤VREF+，由于VREF-必须与VSSA连接，也就是VREF-总是0，所以STM32F407的片上ADC只能转换正电压。
• 选择的多个模拟输入通道可以分为两组：规则通道和注入通道，每个组的通道构成一个转换序列。
  • 规则转换序列最多可设置16个通道，一个规则转换序列规定了多路复用转换时的顺序。
  • 注入通道就是可以在规则通道转换过程中插入进行转换的通道，类似于中断的现象。每个注入通道还可以设置一个数据偏移量，每次转换结果自动减去这个偏移量，所以转换结果可以是负数。

ADC时钟与转换时间：ADCCLK最高42MHz。一个通道一次ADC转换的总时间是N+12个ADCCLK周期，N是设置的采样次数。

9.1软件启动ADC转换

工程链接：https://wwqe.lanzouo.com/izvuZ0qapo8j

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc); 
//软件启动转换
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc); 
//停止转换
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* 
hadc, uint32_t Timeout);
uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc); 
//读取转换结果寄存器的32位数据

其中，参数hadc是ADC外设对象指针，Timeout是超时等待时间，单位是节拍数。

在mian()函数的while循环里，每500毫秒以软件触发方式进行一次ADC转换方式
    /* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
	HAL_ADC_Start(&hadc1); //必须每次启动转换
	if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,200)==HAL_OK)
	{
		uint32_t val=HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //读取转换结果
		LCD_ShowUintX(orgX,orgY,val, 5); //5位显示，前端补空格
		uint32_t Volt=3300*val; //以mV为单位
		Volt=Volt>>12; //除以2^12
		LCD_ShowUintX(voltX,voltY,Volt, 4); //4位显示，前端补空格
	}
	// HAL_ADC_Stop(&hadc1); //无需每次都停止
	HAL_Delay(500);
/* USER CODE END WHILE */
 }

9.2定时器触发ADC转换

工程链接：https://wwqe.lanzouo.com/imGIH0qapobc

• ExternalTriggerConversionSource，设置启动ADC转换的外部触发信号源，这里选择Timer3TriggerOutEvent，也就是定时器TIM3的TRGO信号
• External Trigger Conversion Edge，设置触发转换的跳变沿，这里选择上跳沿，因为TRGO是一个短时正脉冲信号
• 开启ADC1的全局中断，在转换完成事件（ADC_IT_EOC）中断里读取转换结果。
• 

TIM3的设置：

• 使TIM3定时周期为500ms
• 触发事件选择（Trigger Event Selection）设置为Update Event，也就是以UEV事件信号作为TRGO信号、

回调函数

注：无须开启TIM3的全局中断，TGRO信号也是正常输出的

/* USER CODE BEGIN 4 */
/* ADC的转换完成事件(ADC_IT_EOC)中断回调函数 */
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
	if (hadc->Instance == ADC1)
	{
		uint32_t val=HAL_ADC_GetValue(hadc);//读取转换结果
		LCD_ShowUintX(orgX,orgY,val, 5); //5位显示，前端补空格
		uint32_t Volt=3300*val; //以mV为单位
		Volt=Volt>>12; //除以2^12
		LCD_ShowUintX(voltX,voltY,Volt, 4); //4位显示，前端补空格
	}
}
/* USER CODE END 4 */

ADC文档链接

9.3多通道和DMA传输

工程链接：https://wwqe.lanzouo.com/iX7ip0qapo4f

这里以ADC1的三个通道为例

• 当规则转换组有多个通道时，应该使用扫描模式（Scan Conversion Mode）

注：在配置ADC时要使能扫描模式的DMA

设置Rank的输入通道和采样时间——每个通道的采样时间可以不一样，三个Ran里模拟通道出现的顺序就是规则组转换的顺序。

特别注意： 外设使用DMA时是否需要开启外设的全局中断，不同的外设情况不一样。例如，UART 使用DMA时就必须开启UART的全局中断，虽然可以禁止UART的两个主要中断事件源。在外设使用DMA时，建议尽量不开启外设的全局中断，若必须开启，也要禁止外设 的主要事件源产生硬件中断，因为DMA的传输完成事件中断使用外设的回调函数，若开启外 设的中断事件源，则可能导致一个事件发生时回调函数被调用两次。

---

#define BATCH_DATA_LEN 3      //  DMA数据缓冲区长度，必须是通道数的整数倍
uint32_t dmaDataBuffer[BATCH_DATA_LEN];  //DMA数据缓冲区

lcd_init();
lcd_show_string(10,10,400,20,16,"DEMO:ADC+DMA",GREEN);
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,dmaDataBuffer,BATCH_DATA_LEN);
HAL_TIM_Base_Start(&htim3);

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
  uint32_t adcValue=0,Volt;
  for(uint8_t i=0;i<BATCH_DATA_LEN;i++)
  {
    adcValue = dmaDataBuffer[i]; //这是缓冲区里3个通道的转换结果
    Volt = adcValue * 3300;  //以mV为毫伏
    Volt = Volt >> 12;
    lcd_show_num(10,i*20+50,Volt,sizeof(Volt),16,RED);
  }
}

9,4双ADC同步转换

工程链接：https://wwqe.lanzouo.com/ia6qr0qapoij

开启TIM3定时器

双ADC同步转换时CUBEMX的配置

多重ADC模式，只能使用DMA方式传输数据。

具体完整配置：

注：在很多版本的CUBEMX中,当ADC1和ADC2配置为同步规则转换时，ADC2的DMA流不能设置为Enable，这是软件自带的一个小bug，需要在程序中去进行修改。但每次重新生成程序，依然会重置回去，要注意每次都要修改。

程序代码：

.c文件中

#include "lcd.h"
#define BATCH_DATA_LEN 1//双重ADC采集一次存储的32位数据
uint32_t dmaDataBuffer[BATCH_DATA_LEN];//DMA数据缓冲区

lcd_init();
lcd_show_string(10,10,400,20,16,"Demo:Shuan ADC",BLUE);

//以多重模式DMA传输方式启动ADC1和ADC2
HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1,dmaDataBuffer,BATCH_DATA_LEN);//启动ADC1
HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc2,dmaDataBuffer,BATCH_DATA_LEN);//启动ADC2
HAL_TIM_Base_Start(&htim3);  

//DMA传输完成事件中断的回调函数
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
  uint32_t Volt;
  uint32_t adcValue=dmaDataBuffer[0];  //ADC1 and ADC2 data
  
  uint32_t ADC1_val=adcValue & 0X0000FFFF;  //low 16 bit is adc1 data
  Volt=3300*ADC1_val;//mv
  Volt=Volt>>12; //除以1024
  lcd_show_num(10,30,Volt,sizeof(Volt),16,BLACK);
  
  uint32_t ADC2_val=adcValue & 0XFFFF0000;  //high 16 bit is adc2 data
  ADC2_val=ADC2_val>>16;
  Volt=3300*ADC2_val;
  Volt=Volt>>12;
  lcd_show_num(10,50,Volt,sizeof(Volt),16,BLACK);  
  
}

---

在双ADC同步模式下，MCU自动将ADC1和ADC2一次转换的数据组合成一个32位数据，高16位是ADC1的数据，低16位是ADC2的数据。

10.DMA

工程链接：https://wwqe.lanzouo.com/ipB8z0qapiej

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是实现存储器与外设、存储器与存储器之间高效数据传输的方法

• DMA控制器
• DMA流
• DMA请求
• 仲裁器

一个DMA流配置一个DMA请求后，就构成一个单方向的DMA数据传输链路，DMA传输属性就由DMA流的参数配置决定

• DMA流和通道
• DMA流的优先级别
• 源和目标的数据宽度
• 传输数据量的大小
• 源和目标地址指针是否自增加
• DMA工作模式：Normal或Circular
• DMA传输方向
• 是否使用FIFO

DMA传输模式：

• 外设到存储器（Peripheral To Memory），例如ADC采集的数据存入内存中的缓存区
• 存储器到外设（Memory To Peripheral），例如将内存中的数据通过USART接口发出
• 存储器到存储器（Memory To Memory），例如外部SRAM中的数据复制到内存中，只有DMA2控制器有这种传输模式

数据宽度：

​ 数据宽度（Data width）是源和目标传输的基本数据单元的大小，有字节（Byte）、半字（Half word）和字（word）三种大小。

DMA工作模式：

• 正常（Normal）模式是指传输完一个缓存区的数据后，DMA传输就停止了。
• 循环（Circular）模式是指启动一个缓存区的数据传输后，会循环执行这个DMA数据传输任务

例如，HAL_UART_Receive_DMA()，正常模式只传输一次，循环模式就能连续接收

DMA流的优先级别：

​ 每个DMA流有一个可设置的软件优先级别，有4种：

• Very high（非常高）
• High（高）
• Medium（中等）
• Low（低）

如果两个DMA流的软件优先级别相同，则流编号更小的优先级别更高，流编号就是DMA流的硬件优先级。

DMA流有自己的中断号和ISR函数

USART+DMA主程序：

int main(void)
{
	/* USER CODE BEGIN 2 */
	TFTLCD_Init();
	// 需要打开USART的全局中断，但是可以关闭中断事件
	__HAL_UART_DISABLE_IT(&huart1, UART_IT_TC);//关闭USART1的发送完成事件中断
	__HAL_UART_DISABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);//关闭USART1的接收完成事件中断
	uint8_t hello1[]="Hello,DMA transmit\n";
	HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,hello1,sizeof(hello1)); //DMA方式发送
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rxBuffer,RX_CMD_LEN); //DMA方式循环接收
	/* USER CODE END 2 */
	/* Infinite loop */
	while (1)
	{
	}
}

DMA文档链接

11.SPI接口通信

SPI硬件接口：

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）

SPI接口的设备分为主设备（Master）和从设备（Slave），一个主设备可以连接一个或多个从设备

SPI传输协议：

SPI通讯有4种时序模式，由SPI控制寄存器SPI_CR1中的CPOL和CPHA位控制。

• CPOL（Clock Polority）时钟极性，控制SCK引脚在空闲状态时的电平。如果CPOL=0，则空闲时SCK为低电平；若CPOL=1，则空闲时SCK为高电平。
• CPHA（Clock Phase）时钟相位，若CPHA=0，则在SCK的第1个边沿对数据采样；如果CPHA=1，则在SCK的第2个边沿对数据采样。

CPHA=0表示在SCK的第1个边沿读取数据，即图中虚线表示的时刻。读取数据的时刻发生在SCK的下跳沿（CPOL=1）时刻或上跳沿（CPOL=0）时刻。MISO、MOSI上的数据变化在读取数据的SCK前一个跳变沿时刻发生变化。

CPHA=1表示在SCK的第2个边沿读取数据，即图中的虚线表示的时刻。读取数据的时刻发生在SCK上跳沿（CPOL=1）时刻或下跳沿（CPOL=0）时刻。MISO、MOSI上的数据在读取数据的SCK前一个跳变沿时刻发生变化。

注：SPI主机和从机必须使用相同的SPI时序。