STM32 外设连接指南：GPIO、定时器和 ADC，解锁嵌入式系统的无限可能

# 1. STM32 外设概览**

STM32 微控制器系列以其丰富的片上外设而闻名，这些外设提供了广泛的功能，使嵌入式系统设计变得更加灵活和高效。本指南将深入探讨 STM32 外设的编程和使用，重点关注 GPIO、定时器和 ADC。

这些外设对于嵌入式系统至关重要，因为它们提供了与外部设备的接口、时间测量和数据采集等基本功能。通过了解这些外设的原理和编程技术，开发人员可以充分利用 STM32 微控制器的强大功能，构建可靠且高效的嵌入式系统。

# 2. GPIO 外设编程**

**2.1 GPIO 基本概念和配置**

**GPIO 简介**

GPIO（通用输入/输出）是 STM32 微控制器中用于与外部设备通信的关键外设。它允许微控制器读取外部输入信号并控制外部输出设备。

**GPIO 引脚**

每个 GPIO 端口由多个引脚组成，每个引脚都可以配置为输入、输出或其他特殊功能。引脚的配置通过寄存器控制，包括：

- **MODER 寄存器：**配置引脚模式（输入、输出、模拟、中断）
- **OTYPER 寄存器：**配置引脚输出类型（推挽、开漏）
- **OSPEEDR 寄存器：**配置引脚输出速度（低速、中速、高速）
- **PUPDR 寄存器：**配置引脚上拉/下拉电阻（上拉、下拉、浮空）

**2.2 GPIO 输入/输出操作**

**输入模式**

当引脚配置为输入模式时，它可以读取外部信号。外部信号可以通过外部电阻或直接连接到引脚。

**输出模式**

当引脚配置为输出模式时，它可以驱动外部设备。输出信号可以是高电平（逻辑 1）或低电平（逻辑 0）。

**代码示例：**

// 配置 GPIOA 引脚 0 为输入模式
GPIOA->MODER &= ~(3 << (0 * 2));
GPIOA->MODER |= (0 << (0 * 2));

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

// 设置 GPIOA 引脚 1 为高电平
GPIOA->ODR |= (1 << 1);

**2.3 GPIO 中断和事件处理**

**GPIO 中断**

GPIO 中断允许微控制器在外部信号发生变化时触发中断服务程序（ISR）。中断可以通过配置以下寄存器来启用：

- **EXTICR 寄存器：**配置外部中断线与 GPIO 引脚的映射
- **RTSR 寄存器：**使能上升沿中断
- **FTSR 寄存器：**使能下降沿中断

**GPIO 事件**

GPIO 事件是一种更轻量级的中断处理机制，它不会触发 ISR。事件可以通过配置以下寄存器来启用：

- **EXTICR 寄存器：**配置外部事件线与 GPIO 引脚的映射
- **EVENTR 寄存器：**使能上升沿事件
- **EVTSR 寄存器：**使能下降沿事件

**代码示例：**

// 配置 GPIOA 引脚 0 为上升沿中断
GPIOA->EXTICR[0] &= ~(0xF << (0 * 4));
GPIOA->EXTICR[0] |= (0 << (0 * 4));
GPIOA->RTSR |= (1 << 0);

// 配置 GPIOA 引脚 1 为下降沿事件
GPIOA->EXTICR[0] &= ~(0xF << (1 * 4));
GPIOA->EXTICR[0] |= (0 << (1 * 4));
GPIOA->EVTSR |= (1 << 1);

# 3.1 定时器基本概念和配置

**定时器基本概念**

STM32 微控制器具有多个定时器外设，用于生成精确的时钟信号和脉冲。定时器可以用于各种应用，包括时间测量、脉宽调制 (PWM) 输出、事件触发和中断生成。

定时器的基本结构包括：

* **时钟源：**定时器时钟源可以是内部时钟 (HSI、LSI) 或外部时钟 (LSE、HSE)。
* **预分频器：**预分频器用于降低时钟源频率，从而获得所需的定时器时钟频率。
* **计数器：**计数器是一个递增或递减的寄存器，用于跟踪定时器时钟周期。
* **比较寄存器：**比较寄存器用于与计数器值进行比较，以触发中断或事件。
* **控制寄存器：**控制寄存器用于配置定时器模式、时钟源、预分频器和中断。

**定时器配置**

要配置定时器，需要执行以下步骤：

1. **选择时钟源：**根据应用选择适当的时钟源。
2. **设置预分频器：**计算并设置预分频器值，以获得所需的定时器时钟频率。
3. **选择定时器模式：**根据应用选择适当的定时器模式（例如，向上计数、向下计数、输入捕获、输出比较）。
4. **设置比较寄存器：**设置比较寄存器值，以触发中断或事件。
5. **使能定时器：**设置控制寄存器中的使能位，以启动定时器。

**代码示例**

以下代码示例演示如何配置 TIM2 定时器为向上计数模式，时钟源为 HSI，时钟频率为 1 kHz：

#include "stm32f10x.h"

void TIM2_Config(void) {
  // 使能 TIM2 时钟
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

  // 选择时钟源为 HSI
  TIM2->CR1 &= ~TIM_CR1_CMS;

  // 设置预分频器为 8
  TIM2->PSC = 8 - 1;

  // 设置计数器自动重装载值为 1000
  TIM2->ARR = 1000 - 1;

  // 设置向上计数模式
  TIM2->CR1 |= TIM_CR1_DIR;

  // 使能定时器
  TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}

**逻辑分析**

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