STM32 实验任务3：HAL 库 + 按键中断控制流水灯暂停/恢复

任务要求

在前面实验（寄存器、标准外设库流水灯）基础上，改用HAL 库 + 按键中断方式控制流水灯运行的暂停、恢复继续。

问 1：没有 CubeMX，HAL 库工程怎么手动搭建？

通常用 HAL 库开发会用 STM32CubeMX 自动生成工程，但我电脑上没有 CubeMX，也没有官方 CubeF1 固件包，所以选择手动下载 HAL 库文件 + 手写工程，顺便把 HAL 库工程结构彻底搞明白。

1.1 下载 HAL 库文件

HAL 库（STM32CubeF1）在 GitHub 上其实拆成了两个仓库（都是 git submodule）：

• cmsis_device_f1：设备头文件、启动文件、系统时钟源文件
• stm32f1xx_hal_driver：HAL 外设驱动（.c/.h）

把需要的 16 个文件下载后整理成工程目录：

stm32-led-hal/ ├── main.c ← 用户主程序 ├── stm32f1xx_hal_conf.h ← HAL 配置头文件（外设模块总开关） ├── Device/ │ ├── Include/ ← 芯片头文件（stm32f1xx.h 等） │ ├── Source/ ← system_stm32f1xx.c（系统时钟初始化） │ └── Startup/ ← startup_stm32f103xb.s（启动文件） └── HAL/ ├── Inc/ ← HAL 驱动头文件（hal.h、hal_gpio.h 等） └── Src/ ← HAL 驱动源文件（hal.c、hal_gpio.c 等）

1.2 Keil 工程配置

点魔术棒（Options for Target）→C/C++页：

Run-Time Environment 里只勾选CMSIS → CORE，不勾 Device → Startup（启动文件用 HAL 仓库下载的 startup_stm32f103xb.s）。

1.3 踩坑记录（编译/链接报错排查）

坑 1：Legacy/stm32_hal_legacy.h file not found

编译 HAL 驱动时报找不到Legacy/stm32_hal_legacy.h。这个头文件在 HAL 仓库的Inc/Legacy/子目录里，补下载到HAL/Inc/Legacy/下解决。

坑 2：stm32f1xx_hal_rcc_ex.h file not found

RCC 驱动里还引用了_ex（扩展）头文件。预防性把stm32f1xx_hal_flash_ex.h、stm32f1xx_hal_gpio_ex.h、stm32f1xx_hal_rcc_ex.h全部补下载。

坑 3：链接报错Undefined symbol HAL_GPIO_Init等（关键坑）

编译通过，但链接报一串 undefined symbol：FLASH_PageErase、HAL_GPIO_Init、HAL_GPIO_WritePin……

排查发现根因是stm32f1xx_hal_conf.h里漏写了HAL_GPIO_MODULE_ENABLED。新版 HAL 库每个驱动文件整体被这种宏包住：

#ifdefHAL_GPIO_MODULE_ENABLED...gpio 驱动全部内容...#endif

宏没定义 → gpio 驱动文件编译出来是空文件（链接时自然找不到函数）。把用到的模块宏全补上：

#defineHAL_FLASH_MODULE_ENABLED#defineHAL_GPIO_MODULE_ENABLED#defineHAL_RCC_MODULE_ENABLED#defineHAL_CORTEX_MODULE_ENABLED

并且还需要在工程里添加stm32f1xx_hal_flash_ex.c（FLASH_PageErase在这个文件里）。补完后0 Error 0 Warning。

问 2：按键中断怎么实现？

2.1 硬件接线

按键一端接 PA1，另一端接 GND，按下按键 PA1 产生下降沿，正好用 EXTI 外部中断的下降沿触发来检测。

2.2 按键初始化：外部中断 + 上拉

voidKEY_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct={0};/* PA1：外部中断模式，下降沿触发（按下→低电平），内部上拉（平时为高） */GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_1;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_IT_FALLING;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_PULLUP;HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);/* 使能 EXTI1 中断，优先级 0（最高） */HAL_NVIC_SetPriority(EXTI1_IRQn,0,0);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI1_IRQn);}

2.3 中断服务函数与回调

HAL 库的中断处理分三层：中断服务函数 → HAL 通用处理函数 → 用户回调：

/* ① 中断服务函数（框架自动调用） */voidEXTI1_IRQHandler(void){HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_1);}/* ② 用户回调：按键按下 → 翻转暂停标志 */voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_1){g_pause=!g_pause;/* 暂停 ↔ 恢复切换 */}}

按键按下 → 硬件进入 EXTI1 中断 →HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler清中断标志并调用HAL_GPIO_EXTI_Callback→ 我们只在回调里翻转一个标志变量g_pause，不做复杂操作（中断里代码越短越好）。

2.4 踩坑 4：烧录后只亮红灯不流水、按键无反应

烧录后红灯常亮、完全不流水，按键也没反应。排查很久发现根因是main.c 里漏写了SysTick_Handler：

voidSysTick_Handler(void){HAL_IncTick();/* 每 1ms 中断一次，tick 计数 +1 */}

HAL_Delay 依赖 SysTick 每 1ms 触发一次中断累计 tick，这个服务函数没实现，HAL_Delay 就永远卡死——红灯点亮后延时"无限长"，看起来就是只亮红灯不流水。补上后流水立刻正常。

问 3：怎么做到"按下立即暂停、再按恢复"？

3.1 最初的设计（有缺陷）

一开始只在主循环开头检查暂停标志：

while(1){while(g_pause)HAL_Delay(10);/* 只有每轮开头检查 */红灯亮1s;绿灯亮1s;蓝灯亮1s;板载亮1s;}

实测发现问题：流水过程中按按键，不会立即停，而是要等一整轮（4 秒）走完才停。原因：g_pause 只在每轮开头被检查，按键按下时主循环正卡在某一盏灯的 HAL_Delay(1000) 里，要等当前灯亮完 + 后面所有灯亮完，才回到检查点。

3.2 改进：把暂停检查做进延时函数

把每一盏灯的延时改成delay_pause()，延时期间每 10ms 检查一次按键标志，按下立即原地等待，当前灯保持点亮：

voiddelay_pause(uint32_tms){uint32_ti;for(i=0;i<ms;i+=10){if(g_pause){/* 暂停：保持当前灯亮着，等按键恢复 */while(g_pause){HAL_Delay(10);}return;/* 恢复后跳过本灯剩余时间，进入下一盏 */}HAL_Delay(10);}}

主循环里把所有HAL_Delay(1000)换成delay_pause(1000)。这样：

• 按下→ 最多 10ms 内响应，当前灯停在点亮状态
• 再按→ 恢复，跳过当前灯剩余时间，进入下一盏灯

3.3 完整代码（main.c）

#include"stm32f1xx_hal.h"volatileuint8_tg_pause=0;/* 暂停标志：0=运行 1=暂停（中断中修改） *//* 系统时钟：HSE 8MHz × PLL9 = 72MHz */voidSystemClock_Config(void){RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct={0};RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct={0};RCC_OscInitStruct.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;RCC_OscInitStruct.HSEState=RCC_HSE_ON;RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue=RCC_HSE_PREDIV_DIV1;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL=RCC_PLL_MUL9;HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);RCC_ClkInitStruct.ClockType=RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV1;HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct,FLASH_LATENCY_2);}/* LED 初始化：PA0红 PB0绿 PC14蓝 PC13板载 */voidLED_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct={0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_0;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);/* PA0 红灯 */GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_0;HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);/* PB0 绿灯 */GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_14;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);/* PC14 蓝灯（低速引脚） */GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_13;HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);/* PC13 板载灯 */HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET);}/* 按键初始化：PA1 下降沿中断 */voidKEY_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct={0};GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_1;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_IT_FALLING;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_PULLUP;HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);HAL_NVIC_SetPriority(EXTI1_IRQn,0,0);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI1_IRQn);}/* SysTick 中断服务函数（HAL_Delay 的时基，必须实现） */voidSysTick_Handler(void){HAL_IncTick();}voidEXTI1_IRQHandler(void){HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_1);}/* 中断回调：按键按下 → 翻转暂停标志 */voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_1){g_pause=!g_pause;}}/* 带暂停检测的延时：每 10ms 检查按键，按下立即暂停 */voiddelay_pause(uint32_tms){uint32_ti;for(i=0;i<ms;i+=10){if(g_pause){while(g_pause)HAL_Delay(10);/* 灯保持亮，等恢复 */return;}HAL_Delay(10);}}intmain(void){HAL_Init();/* SysTick 1ms 时基、NVIC 分组 */SystemClock_Config();/* 72MHz */LED_Init();KEY_Init();while(1){HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);/* 红灯 */delay_pause(1000);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);/* 绿灯 */delay_pause(1000);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);/* 蓝灯 */delay_pause(1000);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);/* 板载灯 */delay_pause(1000);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET);}}

运行效果

流水灯正常轮流点亮，按下按键立即暂停（当前灯保持点亮），再按一次恢复继续流水：

总结

这个实验让我把 STM32 的开发方式从寄存器、标准外设库推进到了 HAL 库，而且是在没有 CubeMX 的情况下纯手动搭建工程，把 HAL 库"设备层 + 驱动层 + 配置文件"的结构彻底看了一遍，中间解决了三个编译链接坑（legacy 头文件、ex 扩展头文件、HAL_xxx_MODULE_ENABLED 模块开关）和两个运行逻辑坑（SysTick_Handler 漏写导致 HAL_Delay 卡死、暂停检查位置不对导致不能立即暂停）。按键中断的思路也很有价值：中断服务函数里只翻转一个标志，主循环轮询标志，两者通过共享变量协作，避免在中断里做耗时操作。同时 HAL_Delay 基于 SysTick 定时器，与实验 2 的软件循环延时实测 0.88s 对比，体现了"硬件定时器比软件延时精确得多"这一嵌入式开发的重要原则。