STM32单片机外设高级应用：解锁外设全部潜力，拓展功能

# 1. STM32单片机外设概述

STM32单片机是意法半导体（STMicroelectronics）公司推出的一系列基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。STM32单片机具有丰富的片上外设资源，包括定时器、计数器、串行通信接口、模拟外设等，这些外设可以满足各种应用场景的需求。

外设是单片机与外部设备交互的桥梁，通过编程控制外设，单片机可以实现各种功能，如定时控制、数据传输、模拟信号处理等。STM32单片机的外设资源丰富，功能强大，可以帮助开发者快速搭建复杂的系统，降低开发难度。

# 2. 外设编程基础

### 2.1 外设寄存器结构和操作

#### 寄存器结构

STM32单片机的寄存器是存储外设配置和状态信息的特殊存储器区域。它们通常被组织成组，每个组对应于外设的不同功能。寄存器通常由32位字组成，但有些寄存器可能更宽或更窄。

寄存器通常使用位域来表示不同的配置选项。位域是寄存器中的一组相邻位，用于控制特定功能。例如，一个寄存器可能包含一个位域来选择外设的工作模式，另一个位域来设置时钟分频器。

#### 寄存器操作

访问寄存器可以通过直接内存访问（DMA）或外设接口进行。DMA是一种将数据从一个存储器位置传输到另一个存储器位置的机制，而无需CPU干预。外设接口是CPU与外设之间通信的专用硬件机制。

要操作寄存器，必须使用适当的指令。STM32单片机提供了一组指令来访问和修改寄存器。这些指令包括：

- **LDR**：从寄存器加载数据到寄存器
- **STR**：将数据从寄存器存储到寄存器
- **MOV**：将数据从一个寄存器移动到另一个寄存器
- **ORR**：按位或两个寄存器
- **AND**：按位与两个寄存器
- **EOR**：按位异或两个寄存器

// 将寄存器 RCC_AHB1ENR 的值加载到寄存器 r0
LDR r0, [RCC_AHB1ENR]

// 将寄存器 GPIOA_MODER 的值存储到寄存器 GPIOA_MODER
STR r0, [GPIOA_MODER]

// 将寄存器 r0 的值移动到寄存器 r1
MOV r1, r0

// 将寄存器 r0 和 r1 按位或，结果存储到寄存器 r0
ORR r0, r0, r1

// 将寄存器 r0 和 r1 按位与，结果存储到寄存器 r0
AND r0, r0, r1

// 将寄存器 r0 和 r1 按位异或，结果存储到寄存器 r0
EOR r0, r0, r1

### 2.2 中断和DMA机制

#### 中断

中断是一种事件驱动的机制，允许外设在需要服务时通知CPU。当发生中断时，CPU会暂停当前正在执行的程序，并跳转到一个称为中断服务例程（ISR）的特殊函数。ISR负责处理中断事件并采取适当的措施。

STM32单片机支持多种中断源，包括外设中断、系统中断和软件中断。外设中断由外设事件触发，例如定时器溢出或UART接收数据。系统中断由系统事件触发，例如复位或电源故障。软件中断由软件指令触发，例如SVC指令。

#### DMA

DMA是一种将数据从一个存储器位置传输到另一个存储器位置的机制，而无需CPU干预。这可以显著提高数据传输的效率，特别是对于大数据量传输。

STM32单片机支持多种DMA通道，每个通道都可以配置为从一个外设传输数据到另一个外设或存储器。DMA通道可以配置为单次传输或循环传输。

// 配置 DMA 通道 1，将数据从外设 ADC1 复制到存储器地址 0x1000
DMA_Channel_1->CCR = DMA_CCR_DIR_M2M | DMA_CCR_MINC | DMA_CCR_PSIZE_32bit | DMA_CCR_MSIZE_32bit | DMA_CCR_PL_1 | DMA_CCR_EN;
DMA_Channel_1->CPAR = 0x1000;
DMA_Channel_1->CMAR = (uint32_t)&ADC1->DR;
DMA_Channel_1->CNDTR = 100;

// 启用 DMA 通道 1
DMA_Channel_1->CCR |= DMA_CCR_EN;

**参数说明：**

- **DMA_CCR_DIR_M2M**：设置 DMA 传输方向为内存到内存
- **DMA_CCR_MINC**：启用源地址递增
- **DMA_CCR_PSIZE_32bit**：设置源数据大小为 32 位
- **DMA_CCR_MSIZE_32bit**：设置目标数据大小为 32 位
- **DMA_CCR_PL_1**：设置 DMA 优先级为 1
- **DMA_CCR_EN**：启用 DMA 通道
- **DMA_Channel_1->CPAR**：设置目标地址
- **DMA_Channel_1->CMAR**：设置源地址
- **DMA_Channel_1->CNDTR**：设置要传输的数据数量

# 3. 外设高级应用

### 3.1 定时器和计数器

定时器和计数器是STM32单片机中重要的外设，用于精确控制时间和计数事件。它们具有多种模式和功能，可以满足各种应用需求。

#### 3.1.1 脉宽调制（PWM）

脉宽调制（PWM）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出电压或电流的技术。STM32