STM32 I_O接口详解：掌握外设控制的精髓，让单片机灵活自如

# 1. STM32 I/O 接口基础**

STM32 I/O 接口是单片机与外部世界交互的关键桥梁，其主要功能是控制和读取外部设备。本章将介绍 STM32 I/O 接口的基础知识，包括 I/O 引脚结构、模式配置和中断机制。

### I/O 引脚结构

STM32 的 I/O 引脚分为多个端口，每个端口包含多个引脚。每个引脚都有一个唯一的引脚编号和功能引脚映射，用于连接到特定的外设或功能。引脚的电气特性，如输入/输出能力、驱动能力和速度，可以通过寄存器进行配置。

### 模式配置

STM32 I/O 引脚可以配置为不同的模式，包括输入模式、输出模式、模拟模式和复用模式。输入模式允许引脚接收外部信号，输出模式允许引脚输出信号，模拟模式允许引脚连接到模拟外设，复用模式允许引脚同时连接到多个外设。

# 2. GPIO 编程技巧

### 2.1 GPIO 模式和配置

#### 2.1.1 GPIO 模式

STM32 的 GPIO 具有多种模式，可用于不同的功能。这些模式包括：

- **输入模式 (Input)**：GPIO 引脚配置为从外部设备接收信号。
- **输出模式 (Output)**：GPIO 引脚配置为向外部设备发送信号。
- **推挽模式 (Push-Pull)**：GPIO 引脚在输出模式下工作，可以输出高电平或低电平。
- **开漏模式 (Open-Drain)**：GPIO 引脚在输出模式下工作，但只能输出低电平。
- **模拟模式 (Analog)**：GPIO 引脚配置为模拟输入或输出。

#### 2.1.2 GPIO 配置寄存器

GPIO 模式和配置通过以下寄存器进行设置：

- **GPIO 模式寄存器 (MODER)**：设置 GPIO 引脚的模式。
- **GPIO 输出类型寄存器 (OTYPER)**：设置 GPIO 引脚的输出类型（推挽或开漏）。
- **GPIO 速度寄存器 (OSPEEDR)**：设置 GPIO 引脚的输出速度。
- **GPIO 上拉/下拉寄存器 (PUPDR)**：设置 GPIO 引脚的上拉或下拉电阻。

### 2.2 GPIO 中断处理

#### 2.2.1 中断配置

STM32 的 GPIO 可以配置为在特定事件发生时触发中断。这些事件包括：

- **上升沿触发**：当 GPIO 引脚从低电平变为高电平时触发中断。
- **下降沿触发**：当 GPIO 引脚从高电平变为低电平时触发中断。
- **电平触发**：当 GPIO 引脚保持高电平或低电平时触发中断。

中断配置通过以下寄存器进行设置：

- **GPIO 中断使能寄存器 (EXTICR)**：选择 GPIO 引脚与中断线关联。
- **GPIO 中断上升沿触发寄存器 (RTSR)**：使能 GPIO 引脚的上升沿触发中断。
- **GPIO 中断下降沿触发寄存器 (FTSR)**：使能 GPIO 引脚的下降沿触发中断。
- **GPIO 中断电平触发寄存器 (LTSR)**：使能 GPIO 引脚的电平触发中断。

#### 2.2.2 中断服务函数

当 GPIO 中断触发时，会执行与该中断关联的中断服务函数 (ISR)。ISR 负责处理中断事件并采取适当的措施。

ISR 通常包含以下步骤：

- **清除中断标志**：清除 GPIO 中断标志寄存器，以指示中断已处理。
- **读取 GPIO 输入状态**：读取 GPIO 输入寄存器，以确定触发中断的引脚。
- **执行中断处理**：根据触发中断的引脚执行适当的操作。
- **返回**：返回主程序。

### 2.3 GPIO 高级应用

#### 2.3.1 GPIO 扩展功能

除了基本 I/O 功能外，STM32 的 GPIO 还支持多种扩展功能，包括：

- **外部中断**：GPIO 引脚可配置为外部中断源，以触发中断控制器。
- **定时器输入/输出**：GPIO 引脚可配置为定时器的输入或输出引脚。
- **PWM 输出**：GPIO 引脚可配置为脉宽调制 (PWM) 输出，以产生可变占空比的脉冲。
- **模拟输入**：GPIO 引脚可配置为模拟输入，以连接外部模拟信号。

#### 2.3.2 GPIO 驱动能力和速度配置

STM32 的 GPIO 具有可配置的驱动能力和速度设置，以优化其性能。

- **驱动能力**：GPIO 引脚的驱动能力可以配置为低、中或高，以控制其输出电流。
- **速度**：GPIO 引脚的速度可以配置为低、中或高，以控制其开关速度。

驱动能力和速度配置通过以下寄存器进行设置：

- **GPIO 驱动能力寄存器 (ODR)**：设置 GPIO 引脚的驱动能力。
- **GPIO 速度寄存器 (OSPEEDR)**：设置 GPIO 引脚的速度。

# 3. 外设接口编程

### 3.1 UART 接口

UART（通用异步收发传输器）是一种串行通信接口，广泛用于单片机与外部设备（如计算机、蓝牙模块）之间的通信。

#### 3.1.1 UART 初始化和配置

UART 初始化主要包括以下步骤：

- **时钟配置：**为 UART 外设使能时钟。
- **引脚配置：**将特定的 GPIO 引脚配置为 UART 功能。
- **波特率设置：**设置 UART 的波特率，即每秒传输的比特数。
- **数据格式设置：**配置数据位、停止位和奇偶校验位。

// STM32F103C8T6 芯片 UART1 初始化
void UART1_Init(void) {
    // 使能 UART1 时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

    // 配置 GPIO 引脚 PA9 和 PA10 为 UART1 功能
    GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_CNF9 | GPIO_CRH_CNF10);
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1 | GPIO_CRH_CNF10_1;

    // 设置波特率为 9600
    UART1->BRR = 0x341;

    // 设置数据格式：8 数据位，1 停止位，无奇偶校验
    UART1->CR1 &= ~(UART_CR1_M | UART_CR1_PCE | UART_CR1_PS);
}

#### 3.1.2 UART 数据传输

UART 数据传输可以通过以下步骤实现：

- **发送数据：**将数据写入 UART 数据寄存器（UART_DR）。
- **接收数据：**从 UART 数据寄存器（UART_DR）读取数据。

// 发送一个字符
void UART1_SendChar(uint8_t data) {
    // 等待发送寄存器为空
    while (!(UART1->SR & UART_SR_TXE)) {}

    // 写入数据到发送寄存器
    UART1->DR = d