STM32单片机外设详解：深入理解外设功能，拓展应用领域

# 1. STM32单片机外设概述

STM32单片机外设是指集成在单片机芯片内部的各种功能模块，它们为单片机提供了丰富的功能，可以满足各种应用需求。外设的种类繁多，包括通用外设、通信外设、模拟外设等。

通用外设主要包括定时器/计数器、看门狗定时器、DMA控制器等，它们提供基本的时序控制和数据传输功能。通信外设主要包括UART/USART、SPI、I2C等，它们用于与外部设备进行数据交换。模拟外设主要包括ADC、DAC等，它们用于采集和输出模拟信号。

外设通过寄存器进行配置和控制，每个外设都有自己的寄存器组，用于设置外设的工作模式、参数和中断等。通过对寄存器的读写操作，可以控制外设的各种功能。

# 2. STM32单片机外设分类与功能

STM32单片机外设丰富多样，根据其功能和用途，可以分为通用外设、通信外设和模拟外设三大类。

### 2.1 通用外设

通用外设是STM32单片机中一些具有通用功能的外设，包括定时器/计数器、看门狗定时器和DMA控制器。

#### 2.1.1 定时器/计数器

定时器/计数器是STM32单片机中用于产生定时脉冲、测量时间间隔或计数事件的通用外设。它具有多种工作模式，包括定时器模式、计数器模式和PWM模式。

**工作原理：** 定时器/计数器通过内部时钟源产生一个计数脉冲序列，并将其输出到相应的引脚。计数脉冲的频率由时钟源的频率和定时器/计数器的预分频器和计数器值决定。

**应用：** 定时器/计数器广泛应用于各种场景，如定时触发、脉宽调制、事件计数等。

#### 2.1.2 看门狗定时器

看门狗定时器是STM32单片机中用于监控系统运行状态的外设。它通过定期复位计数器来检测系统是否正常运行。如果计数器在规定时间内没有被复位，看门狗定时器将触发复位信号，重新启动系统。

**工作原理：** 看门狗定时器有一个内部计数器，该计数器会不断递减。如果在计数器递减到0之前没有被复位，看门狗定时器将触发复位信号。

**应用：** 看门狗定时器主要用于防止系统死锁或异常运行，确保系统稳定性。

#### 2.1.3 DMA控制器

DMA控制器是STM32单片机中用于数据传输的外设。它可以自动在内存和外设之间传输数据，减轻CPU的负担。

**工作原理：** DMA控制器通过配置源地址、目标地址、传输长度和传输模式等参数，实现数据传输。传输过程由DMA控制器自动完成，无需CPU干预。

**应用：** DMA控制器广泛应用于需要高速数据传输的场景，如外设与内存之间的数据交换、外设与外设之间的数据交换等。

### 2.2 通信外设

通信外设是STM32单片机中用于与外部设备进行数据交换的外设，包括UART/USART、SPI和I2C。

#### 2.2.1 UART/USART

UART/USART是STM32单片机中用于异步串行通信的外设。它支持发送和接收数据，并具有可配置的波特率、数据位、停止位和校验位。

**工作原理：** UART/USART通过发送和接收串行数据位来进行通信。数据位由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。

**应用：** UART/USART广泛应用于各种串行通信场景，如与PC机、传感器、显示器等设备进行通信。

#### 2.2.2 SPI

SPI是STM32单片机中用于同步串行通信的外设。它支持主从模式，可以实现多设备之间的通信。SPI具有较高的数据传输速率，支持全双工通信。

**工作原理：** SPI通过时钟信号和数据信号进行通信。时钟信号由主设备产生，数据信号由主设备和从设备同时发送。

**应用：** SPI广泛应用于需要高速数据传输的场景，如与外接存储器、ADC、DAC等设备进行通信。

#### 2.2.3 I2C

I2C是STM32单片机中用于双向串行通信的外设。它支持多主模式，可以实现多个主设备与多个从设备之间的通信。I2C具有较低的功耗和数据传输速率，适用于低速通信场景。

**工作原理：** I2C通过时钟信号和数据信号进行通信。时钟信号由主设备产生，数据信号由主设备和从设备同时发送。

**应用：** I2C广泛应用于各种低速通信场景，如与传感器、EEPROM、RTC等设备进行通信。

### 2.3 模拟外设

模拟外设是STM32单片机中用于处理模拟信号的外设，包括ADC和DAC。

#### 2.3.1 ADC

ADC是STM32单片机中用于将模拟信号转换为数字信号的外设。它支持多种采样速率和分辨率，可以实现高精度的模拟信号测量。

**工作原理：** ADC通过比较输入信号与参考电压，生成与输入信号成比例的数字信号。

**应用：** ADC广泛应用于各种模拟信号测量场景，如温度测量、压力测量、电压测量等。

#### 2.3.2 DAC

DAC是STM32单片机中用于将数字信号转换为模拟信号的外设。它支持多种输出电压范围和分辨率，可以实现高精度的模拟信号输出。

**工作原理：** DAC通过内部的数模转换器，将输入的数字信号转换为模拟信号。

**应用：** DAC广泛应用于各种模拟信号输出场景，如音频播放、电机控制、传感器校准等。

# 3.1 定时器/计数器编程

#### 3.1.1 定时器/计数器配置

**1. 时钟源选择**

STM32单片机定时器/计数器支持多种时钟源，包括内部时钟（APB1/APB2时钟）、外部时钟和外部触发。

/* 选择时钟源为APB1时钟 */
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

/* 选择时钟源为外部时钟 */
TIM_ExternalClockConfig(TIM2, TIM_ExtClockSource_TI1);

**2. 定时器/计数器模式选择**

STM32单片机定时器/计数器支持多种模式，包括向上计数模式、向下计数模式、中心对齐模式和脉冲宽度调制（PWM）模式。

/* 选择向上计数模式 */
TIM_SetCounterMode(TIM2, TIM_CounterMode_Up);

/* 选择中心对齐模式 */
TIM_SetCounterMode(TIM2, TIM_CounterMode_CenterAligned1);

**3. 预分频器设置**

预分频器用于分频时钟源，减小定时器/计数器的计数频率。

/* 设置预分频器为 100 */
TIM_SetPrescaler(TIM2, 100);

**4. 自动重装载寄存器设置**