STM32开发板原理图中的外设设计详解：5个常用外设，扩展系统功能

# 1. STM32开发板原理图概述

STM32开发板原理图是描述开发板硬件结构和功能的重要文档，它详细展示了开发板上的各个元器件、连接关系和工作原理。通过原理图，工程师可以了解开发板的整体设计、外设功能和信号流向，为后续的开发和调试提供基础。

原理图通常使用统一的符号和连接线来表示不同的元器件和连接关系，并辅以文字说明和注释，方便工程师理解和查阅。它通常包括以下主要内容：

- **元器件符号：**表示开发板上的各种元器件，如微控制器、外设、电源模块等。
- **连接线：**表示元器件之间的连接关系，包括电源线、数据线、控制线等。
- **标注：**标注元器件的型号、参数、功能等信息。
- **注释：**对原理图中的特定部分或连接进行说明和解释。

# 2. 常用外设原理详解

### 2.1 GPIO原理与应用

#### 2.1.1 GPIO端口结构与功能

STM32的GPIO端口由一组可配置的输入/输出引脚组成，这些引脚可以连接到外部设备或模块。每个GPIO端口都有一个对应的端口寄存器组，其中包括数据寄存器、方向寄存器和模式寄存器。

数据寄存器用于设置或读取引脚的逻辑电平，方向寄存器用于配置引脚为输入或输出，模式寄存器用于配置引脚的电气特性，例如推挽输出或开漏输出。

#### 2.1.2 GPIO配置与操作

要使用GPIO引脚，需要进行以下步骤：

1. **配置GPIO端口时钟：**在使用GPIO端口之前，必须先配置其时钟。这可以通过设置RCC时钟控制寄存器（RCC_AHB1ENR）来实现。
2. **配置GPIO引脚模式：**使用GPIO模式寄存器（GPIOx_MODER）来配置GPIO引脚的模式。有以下模式可供选择：
- 输入模式（00）
- 输出模式（01）
- 交替功能模式（10）
- 模拟模式（11）
3. **配置GPIO引脚输出类型：**使用GPIO输出类型寄存器（GPIOx_OTYPER）来配置GPIO引脚的输出类型。有以下输出类型可供选择：
- 推挽输出（0）
- 开漏输出（1）
4. **配置GPIO引脚拉/下拉电阻：**使用GPIO拉/下拉电阻寄存器（GPIOx_PUPDR）来配置GPIO引脚的拉/下拉电阻。有以下拉/下拉电阻可供选择：
- 无拉/下拉（00）
- 上拉电阻（01）
- 下拉电阻（10）
- 保持上一次状态（11）
5. **读/写GPIO引脚：**使用GPIO数据寄存器（GPIOx_IDR）来读取GPIO引脚的逻辑电平，使用GPIO数据输出寄存器（GPIOx_ODR）来设置GPIO引脚的逻辑电平。

### 2.2 USART原理与应用

#### 2.2.1 USART硬件结构与工作原理

USART（通用同步异步收发器）是一种串行通信接口，用于在两个设备之间传输数据。STM32的USART外设由一个发送器和一个接收器组成，它们使用串行协议在数据线和时钟线上传输数据。

USART发送器将数据帧转换为串行比特流，并将其发送到数据线上。USART接收器接收串行比特流，并将其转换为数据帧。

#### 2.2.2 USART配置与通信流程

要使用USART外设，需要进行以下步骤：

1. **配置USART时钟：**在使用USART外设之前，必须先配置其时钟。这可以通过设置RCC时钟控制寄存器（RCC_APB1ENR）来实现。
2. **配置USART波特率：**使用USART波特率寄存器（USARTx_BRR）来配