整体理解
STM32HAL库常用函数速查手册——链接
HAL 库的结构理解
首先，你先得知道 STM32 推出 HAL 库的定位是什么，是给大家参考学习用？是闲着没事重新搞一套库？HAL 库本身的定位是 硬件抽象层， 硬件抽象层最核心的任务就是让你不懂硬件，也能操作芯片，让你换一个不同型号的 STM32 时，也不用重写底层代码。HAL 库提供的 回调函数（Callback），本质上和做填空题一样，你不需要关心硬件底层实现（比如清理中断标志位，处理一些基础的状态），你只需要关心中断发生之后，空位里你想填什么就行（比如说空闲中断，半满中断，全满中断等）。
举个栗子：假设你在用串口接收中断。在 51 上，你可能直接在中断函数里读 SBUF 寄存器，然后处理数据。但 HAL 库的套路是：
- 硬件触发中断 → 2. 自动跳转到 HAL 库写好的 中断服务函数（比如
HAL_UART_IRQHandler）→ 3. 这个库函数帮你检查是哪种中断（接收完成？发送完成？错误？）→ 4. 最后调用你提前写好的 回调函数（比如HAL_UART_RxCpltCallback）让你处理具体业务逻辑。
那为什么要绕这一圈？
基础文件的配置
HAL 库的基础文件配置
HAL 库的串口配置
重新定向printf函数&scanf函数步骤
打开或创建工程
打开或者创建自己要用到的工程，配置串口相关的GPIO、时钟、波特率等，本次使用STM32CubeMX创建工程，打开串口1，配置波特率为115200，数据位为8，停止位为1，无奇偶校验。
记得添加MicroLib（其实不一定）
在KEIL勾选USE MicroLib
方法1——比较稳
//在main.h中添加串口结构体的定义
typedef struct // 声明一个结构体，方便管理变量
{
uint16_t ReceiveNum; // 接收字节数; 在中断回调函数里被自动赋值; 只要字节数>0，即为接受到新一帧的数据
uint8_t ReceiveData[512]; // 接收到的数据
uint8_t BuffTemp[512]; // 接收缓存; 注意：这个数组，只是一个缓存，用于DMA逐个字节接收，当接收完一帧后，数据在回调函数中，会自动转存到 ReceivedData[ ] 存放。即：双缓冲，有效减少单缓冲的接收过程新数据覆盖旧数据
} xUATR_TypeDef;
// 声明串口的结构体; 为了方便使用，一次过全声明了
extern xUATR_TypeDef xUART1 ; // 定义串口1的数据接收结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
extern xUATR_TypeDef xUART2 ; // 定义串口2的数据接收结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
extern xUATR_TypeDef xUART3 ; // 定义串口3的数据接收结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
extern xUATR_TypeDef xUART4 ; // 定义串口4的数据接收结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
extern xUATR_TypeDef xUART5 ; // 定义串口5的数据接收结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
extern xUATR_TypeDef xUART6 ; // 定义串口6的数据接收结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
然后在uart.c中添加头文件
#include "stdio.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdarg.h>
在main函数中的使用方法就是
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, xUART1.BuffTemp, sizeof(xUART1.BuffTemp)); // 开启DMA+空闲中断接收; 配合回调函数使用
因为这个结构体中的ReceiveNum会在收到数据后发生变化，所以可以通过if (xUART1.ReceiveNum)来判断是否接收到数据，通过xUART1.ReceiveNum = 0;来清0接收标记
然后需要添加下面的代码来实现printf的重定向
/******************************************************************************
* 功 能： printf函数支持代码
* 说 明： 加入以下代码, 使用printf函数时, 不再需要选择use MicroLIB
* 复制本函数到你的工程，即可使用
* 参 数：
* 返回值：
* 备 注： 最后修改_2020年07月15日
******************************************************************************/
#include <stdio.h>
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int handle;
}; // 标准库需要的支持函数
FILE __stdout; // FILE 在stdio.h文件
void _sys_exit(int x)
{
x = x; // 定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
}
int fputc(int ch, FILE *f) // 重写fputc函数，使printf的输出由UART1实现, 这里使用USART1
{
// 注意，不能使用HAL_UART_Transmit_IT(), 机制上会冲突; 因为调用中断发送函数后，如果上次发送还在进行，就会直接返回！它不会继续等待，也不会数据填入队列排队发送
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0x02); // 使用HAL_UART_Transmit，相等于USART1->DR = ch, 函数内部加了简单的超时判断(ms)，防止卡死
return ch;
}
最后添加在main.c文件中的回调函数,这边有个DMA的缓冲区
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
if (huart == &huart1) // 判断串口
{
__HAL_UNLOCK(huart);// 解锁串口状态
xUART1.ReceiveNum = Size; // 接收完成标志
memset(xUART1.ReceiveData, 0, sizeof(xUART1.ReceiveData)); // 清0前一帧的接收数据
memcpy(xUART1.ReceiveData, xUART1.BuffTemp, Size); // 把新数据，从临时缓存中，复制到xUART1.ReceivedData[], 以备使用
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, xUART1.BuffTemp, sizeof(xUART1.BuffTemp)); // 再次开启DMA空闲中断; 每当接收完指定长度，或者产生空闲中断时，就会来到这个先存到bufftemp
}
}
方法2——多个重定向串口，只有发送
首先复制到usart.c里面，十分的快捷
void Uart_printf(UART_HandleTypeDef *huart,char *format, ...)
{
char buf[512]; //定义临时数组，根据实际发送大小微调
va_list args;
va_start(args, format);
uint16_t len = vsnprintf((char *)buf, sizeof(buf), (char *)format, args);
va_end(args);
HAL_UART_Transmit(huart,(uint8_t *)buf,len,1000);
}
然后在usart.h中添加
#include "stdio.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdarg.h>
void Uart_printf(UART_HandleTypeDef *huart,char *format, ...);
然后使用这个的方法就是
Uart_printf(&huart1,"LED已经翻转",11);
方法3——直接定向+microlib
#include <stdio.h>
int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
return ch;
}
int fgetc(FILE *f)
{
uint8_t ch = 0;
HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
return ch;
}
参考文章——【STM32hal库】串口重定向、接收不定长数据、命令解析、格式化发送的实现方法_stm32串口重定向hal库-CSDN博客
包含如何接受比较数据。
陶晶驰串口屏
陶晶驰串口屏是电赛上用到的最多的实现交互的器件极其方便
在串口重定向后，可以直接使用printf发送字符串，当要与陶晶驰串口屏通信时，须在字符串后加上\xff\xff\xff作为后缀
例如
printf("page0.t2.txt=\"%.3f\"\xff\xff\xff",frequency);
意为使串口屏的page0页面的t2文本控件显示frequency的数值[此处是将浮点数类型转换为文本]
这边给出一个没有验证的一个逻辑上适配串口方式1的逻辑代码
/**
* @brief UART DMA+空闲中断接收完成回调函数（HAL库扩展回调）
* @note 当USART1通过DMA接收数据时，若产生空闲中断或接收满指定长度，会进入此函数
* 用于处理陶晶驰串口屏发送的一帧完整数据，解析结束标志并更新对应参数
* @param huart: UART句柄指针（区分不同UART外设）
* @param Size: 本次接收到的有效数据长度（字节数）
* @retval None
*/
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
// 判断当前中断是否来自USART1（与陶晶驰串口屏通信的串口）
if (huart == &huart1)
{
__HAL_UNLOCK(huart); // 解锁UART状态（避免DMA接收状态锁定）
// 1. 将DMA临时缓冲区的数据复制到接收数据缓冲区（双缓冲机制，防止新数据覆盖）
xUART1.ReceiveNum = Size; // 记录本次接收的有效字节数
memset(xUART1.ReceiveData, 0, sizeof(xUART1.ReceiveData)); // 清空历史接收数据
memcpy(xUART1.ReceiveData, xUART1.BuffTemp, Size); // 从临时缓存复制新数据到接收缓冲区
// 2. 解析接收缓冲区中的数据，匹配陶晶驰串口屏的结束标志（0xf0/0xf1/0xf2）
// 结束标志应为一帧数据的最后一个字节（根据通信协议约定）
if (Size == 0) // 异常情况：接收长度为0，直接重启接收
{
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, xUART1.BuffTemp, sizeof(xUART1.BuffTemp));
return;
}
// 获取一帧数据的最后一个字节（判断结束标志）
uint8_t endFlag = xUART1.ReceiveData[Size - 1];
float32_t frequency = 0.0f; // 临时存储解析出的频率值
// 根据结束标志解析对应参数
switch(endFlag)
{
case 0xf0: // 结束标志0xf0：表示接收的是"起始频率"参数
// 将结束标志前的有效数据（字符串）转换为浮点数
// 有效数据范围：xUART1.ReceiveData[0] 到 xUART1.ReceiveData[Size-2]
xUART1.ReceiveData[Size - 1] = '\0'; // 用字符串结束符替换结束标志，便于atof解析
frequency = atof((char*)xUART1.ReceiveData);
Freq_start = frequency; // 更新起始频率全局变量
// 向陶晶驰串口屏反馈：更新页面0的t0控件文本
printf("page0.t0.txt=\"%.3f\"\xff\xff\xff", frequency);
break;
case 0xf1: // 结束标志0xf1：表示接收的是"频率步长"参数
xUART1.ReceiveData[Size - 1] = '\0';
frequency = atof((char*)xUART1.ReceiveData);
Freq_rate = frequency; // 更新频率步长全局变量
// 反馈：更新页面0的t1控件文本
printf("page0.t1.txt=\"%.3f\"\xff\xff\xff", frequency);
break;
case 0xf2: // 结束标志0xf2：表示接收的是"终止频率"参数
xUART1.ReceiveData[Size - 1] = '\0';
frequency = atof((char*)xUART1.ReceiveData);
Freq_stop = frequency; // 更新终止频率全局变量
// 校验频率范围合法性：若终止频率 < 起始频率，复位为默认值
if(Freq_stop < Freq_start)
{
Freq_start = 5000; // 默认起始频率
Freq_rate = 100; // 默认步长
Freq_stop = 20000; // 默认终止频率
}
// 反馈：更新页面0的t2控件文本
printf("page0.t2.txt=\"%.3f\"\xff\xff\xff", frequency);
break;
default: // 未知标志：不处理，仅重启接收
break;
}
// 3. 重启DMA+空闲中断接收（确保持续接收后续数据）
// 缓冲区大小为结构体中BuffTemp的长度（512字节）
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, xUART1.BuffTemp, sizeof(xUART1.BuffTemp));
}
}
HAL库配置IIC（0.96寸）
这边选择好后，修改一下参数
最后再把GPIO进行宏定义，然后导入两个oled的支持包就可以成功完成配置了
工程连接——基于STM32的OLED屏驱动程序，支持软件或硬件I2C（HAL库）: 基于STM32 HAL库的0.96寸OLED（SSD1306）屏驱动程序，支持软件/硬件IIC
安装 DSP 库，以及宏定义
需要添加的宏定义
ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_M//f407用的就是ARM_MATH_CM4
导入DSP库教程
我的DSP库没有选择，直接让CubeMX生成，而是选择后期通过，在keil中单独添加
通过这样就可以把DSP库添加进去了
然后引用一下要用到的FFT的头文件
#include "arm_math.h"
#include "arm_const_structs.h"
不报错就基本上成功了，下面给出测试示例教程——stm32-HAL库-fft-测频率幅度_stm32 fft-CSDN博客
定时器
什么是定时器？
定时器 顾名思义就是一个定时的器件。给定定时器一个初值，当定时器达到给定的初值时，会通知CPU或者其他处理器去做他们该做的事。可以理解为我们日常的闹钟，设置一个时间，该事件到达后，闹钟会提醒我们去做该做的事。
定时器 可以认为是一个计数器；给定计数器一个初值，每当计数一次，就会走过一个固定的时间（等同于我们的钟表，固定的进行扫描），当达到我们给定的初值时，该定时器就完成了自己的使命，产生定时器中断，执行中断函数中的程序命令（等同于闹钟响了，提醒我们该做更重要的事是一个意思）。
f4定时器
参考文章链接——STM32F4_定时器精讲(TIM)_stm32f4定时器-CSDN博客
STM32F4 板载了高级控制定时器（TIM1和TIM8）、通用定时器（TIM2到TIM5）、通用定时器（TIM9到TIM14）以及基本定时器（TIM6和TIM7）等，总共达14个定时器之多。
从时钟树中我们可以得知 （1）高级定时器timer1, timer8以及通用定时器timer9, timer10, timer11的时钟来源是APB2总线 （2）通用定时器timer2-timer5，通用定时器timer12-timer14以及基本定时器timer6,timer7的时钟来源是APB1总线
对应的时钟设置的图像为
测周法和计数法
使用定时器来测量频率
使用FFT来测量多个频率
什么是FFT
FFT即快速傅立叶变换，可以将一个时域信号变换到频域。因为有些信号在时域上是很难看出什么特征的，但是如果将其变换到频域之后，就很容易看出特征了，这也就是很多信号分析都会采用FFT变换的原因。其次，FFT可以将一个信号的频谱和相位提取出来，这在频谱和相位分析中也是经常用到的。 在实际工程中，一般的处理过程是先对一个信号在时域进行采样，如ADC采样，按照一定大小采样频率F去采集信号，采集N个点，那么通过对这N个点进行FFT运算，就可以得到这个信号的频谱和相位特征。
杂项
cubeMX生成代码配置
时钟树配置
文件生成导出
这边勾选上单独生成.c .h文件
keil5 如何添加.h 和.c 文件
在 hal 库的编程中一般会生成如下的几个文件夹，在这几个文件夹内存储着各种外设所需要的函数接口 .h 文件，和实现函数具体功能的 .c 文件，但是为了更方便的开发，我们有时候需要添加 DSP库，也就是自己的 .c 和 .h 文件
其实这个文件的地址并没有什么关系，只要后面把文件夹添加到链接路径即可，后续就是把这个文件夹的内容添加到 keil 当中了，具体的操作过程就跟下面的图像差不多。
添加文件后，就是要把编译路径包含进去，寻找路径点击 魔术棒，然后 C/C++, 在 include path 中添加即可
这样子就可以开始编写自己的头文件了。
文件的基础格式设置
头文件负责 “声明”（函数声明、宏定义、类型定义、外部变量声明等），源文件负责 “实现”（函数定义、变量定义等）
.h文件
一般的头文件的定义规范
大多数的.h文件都是这样定义的，这样定义的原因是防止重复定义，因为一个头文件会在很多的文件中被引用。
#ifndef _KEY__H_ // 检查 _KEY__H_ 这个宏是否未定义
#define _KEY__H_ // 如果未定义，就定义这个宏
#include "main.h"
void KEY_Scan(void);
#endif // 结束条件判断
第一次包含 key.h 时，_KEY__H_ 尚未定义，因此会执行 #define _KEY__H_ 并包含头文件内的内容（#include "main.h" 和函数声明）。后续再次包含 key.h 时，#ifndef _KEY__H_ 会发现 _KEY__H_ 已被定义，于是直接跳过中间的内容，直到 #endif
这样就确保了头文件的内容只会被编译一次，避免重复定义错误。
其中包含main.h的原因
main.h通常会包含项目中全局通用的类型定义、宏定义或常量，例如：
- 基础数据类型（如
uint8_t、int32_t等，通过#include "stdint.h"引入）； - 项目级别的宏（如错误码
#define ERROR 0、成功标识#define SUCCESS 1）； - 硬件相关的全局配置（如系统时钟频率
SYSCLK_FREQ、外设使能标志等）。
HAL 层（硬件抽象层）的代码（如stm32f4xx_hal_uart.h、key.h等）需要使用这些通用定义来保证类型匹配或逻辑一致性，因此会通过包含main.h间接获取这些全局信息。
.c文件
一般的源文件的定义规范
一般会把所有用到的.h文件都放在.h文件当中，然后外设只使用当前文件的.h,在文件中也主要是一些逻辑代码
#include "key.h" // 只需包含自身头文件，间接获取所有依赖
// 实现头文件中声明的KEY_Scan函数
void KEY_Scan()
{
if(KEY1 == GPIO_PIN_SET)
{
while (KEY1 == GPIO_PIN_SET); // 等待按键释放（消抖简化）
HAL_GPIO_TogglePin(LED_Blue_GPIO_Port, LED_Blue_Pin);
HAL_Delay(30); // 简单消抖
Uart_printf(&huart1, "LED已经翻转", 11);
}
}
外部变量
外部变量（如huart1）：在定义它的.c 文件（usart.c）中定义，在对应的.h 文件（usart.h）中用extern声明，其他文件通过包含该.h 文件间接使用。
8种GPIO模式
输入模式（Input Modes）
| 模式名称（英文） | 核心特点 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| 浮空输入（Floating Input） | 引脚为高阻抗状态，电平完全由外部电路决定，无内部上拉 / 下拉电阻，易受干扰。 | 接收外部明确驱动的信号（如 USART_RX、红外接收、外部传感器主动输出信号）。 |
| 上拉输入（Pull-up Input） | 内置上拉电阻，无外部信号时默认高电平；外部信号可拉低电平。 | 按键检测（一端接 GND，按下时引脚被拉低）、外部低电平触发的状态检测。 |
| 下拉输入（Pull-down Input） | 内置下拉电阻，无外部信号时默认低电平；外部信号可拉高电平。 | 按键检测（一端接 VCC，按下时引脚被拉高）、外部高电平触发的状态检测。 |
| 模拟输入（Analog Input） | 引脚直通内部 ADC/DAC，无数字缓冲和上拉 / 下拉电阻，用于采集连续模拟信号。 | 与 ADC 配合测量传感器信号（如电压、温度）、音频输入等模拟量。 |
输出模式（Output Modes）
| 模式名称（英文） | 核心特点 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| 推挽输出（Push-Pull Output） | 可主动输出高 / 低电平，驱动能力较强，电平由 CPU 直接控制输出寄存器。 | 驱动 LED、继电器、外部逻辑电路（如舵机信号、普通控制信号）。 |
| 开漏输出（Open-Drain Output） | 仅能主动拉低电平，输出高电平需外部上拉电阻；支持 “线与” 逻辑。 | I2C 总线（SDA/SCL）、多设备共享总线、5V 电平兼容通信（通过外部上拉匹配电平）。 |
| 复用推挽输出（AF Push-Pull Output） | 具备推挽输出特性，但引脚功能由外设（如 USART、定时器）控制，非 CPU 直接驱动。 | USART_TX、SPI_MOSI、定时器 PWM 输出（外设控制信号输出）。 |
| 复用开漏输出（AF Open-Drain Output） | 具备开漏输出特性，引脚功能由外设控制，需外部上拉电阻。 | I2C 外设复用引脚、USART_RX（部分场景）、外设故障信号输出（共享总线场景）。 |