掌握STM32单片机I_O端口与外设接口：连接外部世界，拓展应用领域

# 1. STM32单片机I/O端口基础**

STM32单片机I/O端口是与外部设备进行交互的关键接口。本章将介绍I/O端口的基础知识，包括其模式、寄存器结构和操作方式。

I/O端口可以配置为输入、输出或模拟模式。每个端口都有一个对应的寄存器，用于控制其模式和数据传输。通过设置寄存器的相应位，可以实现I/O端口的读写操作。

此外，I/O端口还支持外部中断和DMA功能。外部中断允许I/O端口在检测到外部事件时触发中断，而DMA功能则可以实现数据的自动传输，提高系统效率。

# 2.1 I/O端口的配置与操作

### 2.1.1 GPIO模式、寄存器结构与操作

**GPIO模式**

STM32单片机的GPIO端口支持多种模式，包括输入模式、输出模式、推挽输出模式、开漏输出模式等。具体模式的选择取决于应用场景和需求。

**寄存器结构**

GPIO端口的寄存器结构主要包括：

- GPIOx_MODER：模式寄存器，用于配置GPIO端口的模式。
- GPIOx_OTYPER：输出类型寄存器，用于配置GPIO端口的输出类型。
- GPIOx_OSPEEDR：速度寄存器，用于配置GPIO端口的输出速度。
- GPIOx_PUPDR：上拉/下拉寄存器，用于配置GPIO端口的上拉/下拉电阻。
- GPIOx_IDR：输入数据寄存器，用于读取GPIO端口的输入数据。
- GPIOx_ODR：输出数据寄存器，用于设置GPIO端口的输出数据。

**操作步骤**

配置GPIO端口的步骤如下：

1. 使能GPIO端口时钟。
2. 设置GPIO端口模式。
3. 设置GPIO端口输出类型。
4. 设置GPIO端口输出速度。
5. 设置GPIO端口上拉/下拉电阻。

### 2.1.2 外部中断与DMA配置

**外部中断**

STM32单片机的GPIO端口支持外部中断功能，可以触发中断事件。外部中断的配置步骤如下：

1. 设置GPIO端口为中断模式。
2. 选择中断触发方式（上升沿、下降沿、电平变化等）。
3. 设置中断优先级。
4. 编写中断服务程序。

**DMA配置**

DMA（直接内存访问）功能可以实现数据在存储器和外设之间的自动传输，从而提高数据传输效率。GPIO端口支持DMA功能，配置步骤如下：

1. 使能DMA控制器时钟。
2. 设置DMA通道。
3. 配置DMA传输参数（源地址、目标地址、传输长度等）。
4. 启动DMA传输。

**代码示例**

// 配置GPIO端口为输出模式
GPIOx_MODER |= GPIO_MODER_MODERy_0;

// 设置GPIO端口为推挽输出类型
GPIOx_OTYPER &= ~GPIO_OTYPER_OTy_0;

// 设置GPIO端口为高输出速度
GPIOx_OSPEEDR |= GPIO_OSPEEDR_OSPEEDy_1;

// 设置GPIO端口为上拉电阻
GPIOx_PUPDR |= GPIO_PUPDR_PUPDy_0;

// 配置GPIO端口为上升沿触发中断
GPIOx_EXTICR[y] |= GPIO_EXTICR_EXTI_Py_0;
GPIOx_RTSR |= GPIO_RTSR_RT_y;

// 配置DMA通道
DMA_Channelx_CCR |= DMA_CCR_EN;
DMA_Channelx_CPAR = (uint32_t)source_address;
DMA_Channelx_CMAR = (uint32_t)destination_address;
DMA_Channelx_CNDTR = transfer_length;

# 3. STM32单片机外设接口基础**

### 3.1 串口接口

#### 3.1.1 USART/UART简介与寄存器

USART（通用同步异步收发器）和UART（通用异步收发器）是STM32单片机上常见的串口接口，用于实现与其他设备的异步串行通信。

USART/UART主要由以下寄存器组成：

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |
| SR | 状态寄存器，指示串口的状态，如发送完成、接收完成等 |
| CR1 | 控制寄存器1，配置串口模式、波特率等 |
| CR2 | 控制寄存器2，配置中断、DMA等 |
| BRR | 波特率寄存器，设置串口波特率 |

#### 3.1.2 串口通信协议与数据传输

串口通信遵循特定的协议，包括波特率、数据位、停止位和校验位等参数。

数据传输过程如下：

1. 发送方将数据写入USART/UART的DR寄存器。
2. USART/UART根据配置的协议，将数据发送到串口线上。
3. 接收方从串口线上接收数据，并将其读入USART/UART的DR寄存器。

**代码块：USART/UART数据发送示例**

// 发送数据
void USART_SendData(USART_TypeDef *USARTx, uint8_t data)
{
    // 等待发送缓冲区空闲
    while (!(USARTx->SR & USART_SR_TXE)) {}

    // 将数据写入数据寄存器
    USARTx->DR = data;
}

**逻辑分析：**

该代码块实现了USART/UART的数据发送功能。首先，它等待发送缓冲区空闲，然后将数据写入数据