STM32单片机外设详解：深入剖析，掌控各种功能（附应用指南）

# 1. STM32单片机外设简介**

STM32单片机外设是指集成在单片机内部的各种功能模块，它们为用户提供了丰富的功能扩展，极大地增强了单片机的应用范围。STM32单片机外设种类繁多，主要包括GPIO（通用输入/输出）、定时器（TIM）、串口（UART）、ADC（模数转换器）等。

这些外设具有不同的功能，可以满足各种应用需求。例如，GPIO可以用于控制LED、按键等外部设备；定时器可以用于产生脉冲、定时等；串口可以用于与其他设备进行数据通信；ADC可以用于将模拟信号转换为数字信号。

合理利用STM32单片机外设，可以极大地简化系统设计，提高开发效率，降低系统成本。

# 2. STM32单片机外设编程基础

### 2.1 外设时钟配置

**外设时钟简介**

STM32单片机外设需要时钟才能工作，时钟源可以是内部时钟（HSI、LSI、HSE）或外部时钟（LSE）。外设时钟配置主要涉及以下步骤：

1. 选择时钟源
2. 启用时钟
3. 设置时钟分频系数

**时钟配置步骤**

// 选择时钟源
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_HSI;

// 启用时钟
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

// 设置时钟分频系数
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;

**参数说明**

* `RCC->CFGR`：时钟配置寄存器
* `RCC->APB2ENR`：APB2总线时钟使能寄存器
* `RCC_CFGR_SW_HSI`：选择内部高速时钟（HSI）
* `RCC_APB2ENR_IOPAEN`：启用GPIOA时钟
* `RCC_CFGR_PPRE1_DIV2`：APB1总线时钟分频系数为2

**逻辑分析**

* 第一行代码选择内部高速时钟（HSI）作为时钟源。
* 第二行代码启用GPIOA时钟，以便使用GPIO外设。
* 第三行代码将APB1总线时钟分频系数设置为2，即APB1总线时钟频率为系统时钟频率的一半。

### 2.2 外设寄存器操作

**寄存器简介**

STM32单片机外设通过寄存器进行配置和控制。寄存器是存储外设状态和配置信息的地址空间。

**寄存器操作**

寄存器操作主要涉及以下步骤：

1. 获取寄存器地址
2. 读写寄存器值

**寄存器操作示例**

// 获取GPIOA输出数据寄存器地址
uint32_t *GPIOA_ODR = (uint32_t *)0x40020014;

// 设置GPIOA第5位输出高电平
*GPIOA_ODR |= (1 << 5);

**参数说明**

* `GPIOA_ODR`：GPIOA输出数据寄存器地址
* `(1 << 5)`：设置第5位为1

**逻辑分析**

* 第一行代码获取GPIOA输出数据寄存器地址。
* 第二行代码通过按位或运算将第5位设置为1，从而设置GPIOA第5位输出高电平。

### 2.3 中断处理机制

**中断简介**

中断是一种硬件机制，当发生特定事件时，中断控制器会暂停当前正在执行的代码，并跳转到中断服务程序（ISR）执行。

**中断处理步骤**

中断处理主要涉及以下步骤：

1. 中断源配置
2. 中断优先级设置
3. 中断服务程序编写

**中断处理示例**

// 配置GPIOA第0位中断源
NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

// 设置GPIOA第0位中断优先级
NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0);

// GPIOA第0位中断服务程序
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    // 中断处理代码
}

**参数说明**

* `EXTI0_IRQn`：GPIOA第0位中断请求号
* `NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn)`：使能GPIOA第0位中断
* `NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0)`：设置GPIOA第0位中断优先级为0（最高优先级）
* `EXTI0_IRQHandler`：GPIOA第0位中断服务程序

**逻辑分析**

* 第一行代码使能GPIOA第0位中断。
* 第二行代码设置GPIOA第0位中断优先级为最高优先级。
* 第三行代码定义GPIOA第0位中断服务程序，当发生GPIOA第0位中断时，该服务程序将被执行。

# 3.1 GPIO（通用输入/输出）

GPIO（General Purpose Input/Output）是STM32单片机中最重要的外设之一，它提供了大量的通用输入/输出引脚，可以用于控制外部设备或采集外部信号。

#### 3.1.1 GPIO引脚配置

GPIO引脚的配置主要包括以下几个方面：

- **模式配置：**设置引脚为输入、输出、推挽输出或开漏输出模式。
- **速度配置：**设置引脚的输出速度，包括低速、中速和高速。
- **上拉/下拉电阻配置：**为输入引脚配置上拉或下拉电阻，以防止浮空状态。

#### 3.1.2 GPIO读写操作

GPIO读写操作非常简单，可以通过以下寄存器进行：

- **ODR（Output Data Register）：**用于写入输出引脚的数据。
- **IDR（Input Data Register）：**用于读取输入引脚的数据。

**代码示例：**

// 配置GPIOA第5引脚为输出模式
GPIOA->MODER &= ~(3 << (5 * 2));
GPIOA->MODER |= (1 << (5 * 2));

// 将GPIOA第5引脚输出高电平
GPIOA->ODR |= (1 << 5);

// 读取GPIOA第5引脚的输入电平
uint8_t input_value = GPIOA->IDR & (1 << 5);

#### 3.1.3 GPIO中断处理

GPIO可