STM32单片机外设驱动开发：10个案例带你玩转外设交互

# 1. STM32单片机外设驱动开发概述**

STM32单片机外设驱动开发是嵌入式系统开发中至关重要的一环，它负责控制和管理单片机的外围设备，如GPIO、定时器、串口等。通过开发外设驱动，程序员可以充分利用单片机的硬件资源，实现各种功能。

外设驱动开发涉及到对单片机外设寄存器的操作、中断机制的处理以及时钟配置和管理。通过理解这些基础知识，程序员可以编写出高效、可靠的外设驱动，为嵌入式系统提供强大的功能支持。

# 2. 外设驱动开发基础

### 2.1 外设寄存器结构和操作

STM32单片机的每个外设都有其特定的寄存器集，用于配置和控制外设的行为。这些寄存器通常分为以下几类：

- **控制寄存器：**用于启用/禁用外设、选择工作模式和配置基本参数。
- **状态寄存器：**反映外设的当前状态，例如中断标志、错误标志和数据状态。
- **数据寄存器：**用于读写外设处理的数据，例如GPIO引脚状态、定时器计数和串口接收/发送缓冲区。

访问外设寄存器是通过内存映射的方式进行的，即外设的寄存器地址空间映射到MCU的内存空间。可以通过直接操作内存地址来读写寄存器。

**代码块：**

// 读取GPIOA引脚0的状态
uint8_t gpioa_pin0_state = *(volatile uint8_t*)(GPIOA_BASE + GPIO_IDR_OFFSET);

// 设置GPIOA引脚1为输出模式
*(volatile uint32_t*)(GPIOA_BASE + GPIO_MODER_OFFSET) |= (1 << (1 << 2));

**逻辑分析：**

- 第一行代码读取GPIOA引脚0的状态，GPIOA_BASE是GPIOA外设的基地址，GPIO_IDR_OFFSET是引脚输入数据寄存器的偏移地址。
- 第二行代码将GPIOA引脚1配置为输出模式，GPIO_MODER_OFFSET是模式寄存器的偏移地址，将1 << (1 << 2)写入该寄存器将引脚1配置为输出模式。

### 2.2 外设中断机制和处理

STM32单片机的外设都支持中断机制，当外设发生特定事件时，可以触发中断请求。中断请求由NVIC（嵌套向量中断控制器）管理，它负责将中断请求路由到相应的中断服务程序（ISR）。

**代码块：**

// 启用GPIOA引脚0中断
NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

// GPIOA引脚0中断服务程序
void EXTI0_IRQHandler(void) {
  // 清除中断标志
  EXTI->PR |= EXTI_PR_PR0;

  // 处理中断事件
  // ...
}

**逻辑分析：**

- 第一行代码启用GPIOA引脚0中断，EXTI0_IRQn是GPIOA引脚0中断的IRQn号。
- 第二行代码是GPIOA引脚0中断服务程序，当中断发生时，会执行该函数。
- 在中断服务程序中，首先需要清除中断标志，以防止中断重复触发。
- 然后可以处理中断事件，例如读取GPIOA引脚0的状态并采取相应的操作。

### 2.3 外设时钟配置和管理

STM32单片机的外设需要时钟才能正常工作。时钟由RCC（复位和时钟控制器）管理，它负责配置和管理系统时钟、外设时钟和总线时钟。

**代码块：**

// 启用TIM2时钟
RCC->APB1ENR1 |= RCC_APB1ENR1_TIM2EN;

// 设置TIM2时钟为84MHz
RCC->CFGR2 |= RCC_CFGR2_TIM2PRE;

**逻辑分析：**

- 第一行代码启用TIM2时钟，TIM2EN是TIM2时钟使能位。
- 第二行代码将TIM2时钟设置为84MHz，TIM2PRE位用于选择TIM2时钟预分频器，将其设置为1表示时钟预分频为1，即时钟频率为84MHz。

**表格：**

| 时钟类型 | 时钟源 | 默认频率 |
|---|---|---|
| 系统时钟 | HSE/HSI/PLL | 16/8/84 MHz |
| 外设时钟 | 系统时钟/PLLI2S | 系统时钟频率/84 MHz |
| 总线时钟 | 外设时钟/2/4/8 | 外设时钟频率/2/4/8 |

**Mermaid流程图：**

graph LR
subgraph 外设时钟配置
    RCC --> TIM2
    RCC --> USART1
    RCC -->