【RM运动控制】STM32 外设基础 + 通信

一、STM32 外设基础（GPIO / TIM / EXTI）

1. GPIO：控制引脚的高低电平

核心概念

• GPIO = 单片机的一根根引脚。
• 引脚有两种身份：
  • 输出：程序决定输出高电平（约 3.3V）或低电平（0V）。
  • 输入：读取外部电路给引脚的电平。

必须记住的函数

// 输出高电平：点亮 / 使能
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);

// 输出低电平：熄灭 / 关闭
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);

// 翻转电平
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_13);

// 读输入电平：返回 GPIO_PIN_SET 或 GPIO_PIN_RESET
HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13);

记忆口诀

• WritePin：写，也就是输出。
• ReadPin：读，也就是输入。
• WritePin 三个参数：端口、引脚、电平。

2. 定时器 TIM：精确定时

核心概念

• 定时器本质是一个计数器：来一个时钟脉冲，计数 +1；数到上限后归零，触发“更新事件”。
• 两个关键参数：
  • PSC（预分频）：把时钟分频变慢。
  • ARR（自动重载值）：计数上限。

更新频率公式

更新频率 = 定时器时钟 / ((PSC + 1) × (ARR + 1))

定时中断关键函数

// 启动 TIM2，并以中断方式计数
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

// 每次 TIM2 计数到 ARR 归零，都会进这个回调
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM2) {
        // 这里周期性执行，比如每 1ms 一次
    }
}

记忆点

• 定时中断的回调是 HAL_TIM_PeriodElapsedCallback。
• 中断回调要短小，别放延时、打印这类重活。

3. TIM 输出 PWM：驱动电机速度

核心概念

• PWM = 在固定周期里，改变高电平所占比例（占空比），从而改变平均电压和转速。
• 占空比由比较值 CCR 决定：

占空比 = CCR / (ARR + 1)

关键函数

// 启动 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

// 设置占空比：CCR 取 0 ~ ARR，对应 0% ~ 100%
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 25);

记忆点

• HAL_TIM_PWM_Start：启动 PWM。
• __HAL_TIM_SET_COMPARE：改 CCR，也就是改占空比。
• PID 算出的输出量，最终就是通过它写成 PWM 占空比去驱动电机。

4. 外部中断 EXTI：及时响应引脚变化

核心概念

• 中断 = 让外部事件“打断”当前流程，优先去处理一件事。
• 轮询容易漏，中断可以一有跳变就立刻响应。

关键函数

// 引脚发生指定边沿跳变时进入
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_13) {
        // PC13 触发了中断
    }
}

记忆点

• 外部中断回调是 HAL_GPIO_EXTI_Callback。
• 中断回调里只做置标志位、计数器 +1 这类轻量操作。

二、通信（UART / CAN / SPI）

总印象：三种方式都是“传数据”

1. UART：调试打印

核心概念

• 异步：没有共同时钟线，双方靠约定的波特率对齐。
• 两根线：
  • TX：发送
  • RX：接收
• 连接要交叉：A 的 TX 接 B 的 RX，A 的 RX 接 B 的 TX。
• 波特率 115200 表示每秒 115200 个比特，不是字节。

发送

char msg[] = "hello\n";
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)msg, sizeof(msg) - 1, 100);

四个参数：

1. &huart2：用哪个串口。
2. (uint8_t *)msg：要发送数据的地址。
3. sizeof(msg) - 1：要发送的字节数。
4. 100：超时时间，单位 ms。

printf 重定向

int fputc(int ch, FILE *f) {
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, 10);
    return ch;
}

配置一次后，以后直接：

printf("speed = %d\n", speed);

接收

uint8_t buf[8];
HAL_UART_Receive(&huart2, buf, 8, 100);   // 阻塞等待收满 8 字节

记忆点

• 发文本要用字符串；直接发 int 的地址，发的是内存里的二进制字节，串口工具可能显示乱码。
• 实际工程常用中断接收或 DMA 接收，避免阻塞。

2. CAN：控制 DJI 电机

核心概念

• 基本单位是一帧报文，每帧包含：
  • ID：这条消息“关于谁、发给谁”。
  • DLC：数据区有多少字节，范围 0 ~ 8。
  • Data：最多 8 个字节。
• 常用电机：M3508（3508）、GM6020（6020）。
• DJI 电机默认波特率通常为 1 Mbps。

发送一帧

CAN_TxHeaderTypeDef txHeader;
uint8_t txData[8] = {0};

txHeader.StdId = 0x200;          // 标准帧 ID，3508 通常从 0x200 起
txHeader.ExtId = 0;
txHeader.IDE = CAN_ID_STD;       // 标准帧
txHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;     // 数据帧
txHeader.DLC = 8;                // 数据区 8 字节
txHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;

uint32_t mailbox;
HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &txHeader, txData, &mailbox);

接收一帧

CAN_RxHeaderTypeDef rxHeader;
uint8_t rxData[8];

if (HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &rxHeader, rxData) == HAL_OK) {
    // rxHeader.StdId：发回方的 ID
    // rxData：收到的数据
}

记忆点

• 发送：HAL_CAN_AddTxMessage。
• 接收：HAL_CAN_GetRxMessage。
• 3508 电流指令就是把每个电机的 int16_t 电流值按字节塞进 txData。
• 电机反馈需要按手册把 rxData 的高位、低位拼成角度 / 转速 / 电流。

3. SPI：高速读传感器

核心概念

• 主从、同步、全双工。
• 四根线：

收发代码

uint8_t tx[2] = {0x00, 0x00};
uint8_t rx[2] = {0};

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);   // 拉低 CS，选中从机
HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, tx, rx, 2, 100);        // 同时收发
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);     // 拉高 CS，释放从机

记忆点

• SPI 发一个字节的同时收一个字节。
• 读传感器前通常要先发一个“读命令”字节。
• CS 拉低 = 选中从机；CS 拉高 = 释放从机。

三、核心函数速查表

四、概念

• GPIO：写引脚输出、读引脚输入。
• TIM：定时中断 + 输出 PWM。
• EXTI：引脚一有跳变就回调。
• UART：把数据发到电脑上看。
• CAN：把指令发给 DJI 电机并收反馈。
• SPI：快速读传感器数据。