STM32复习

​嵌入式定义：

以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可剪裁，以适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统

嵌入式特点：专用性强、软硬件结合、设计高效、程序固化、独立开发系统、生命周期长

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GPIO 工作模式

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浮空输入模式：

仅接入 TTL 触发器 默认端口电平不确定 外部按键输入/USART RX 引脚

上拉输入模式：

增加接入上拉电阻 默认端口电平为高电平 需要 IO 内部上拉电阻输入、外部中断触发条件为下降沿触发/低电平触发

下拉输入模式：

增加接入上拉电阻 默认端口电平为低电平 需要 IO 内部下拉电阻输入、外部中断触发条件为上升沿触发/高电平触发

模拟输入模式：

直接输入 MCU 内部的处理单元 ADC 模拟输入/低功耗省电

推挽输出

输出具有驱动能力 CPU 输入 0-低电平 1-高电平 驱动 LED、数码管 输出某个控制信号

复用推挽输出

GPIO 作为内置外设引脚 常见片内外设（USART TX 引脚 SPI PWM）

开漏输出

适合作电流型驱动 ，吸引电流能力强 CPU 输入 0-低电平 1-引脚处于开露，高阻态（浮空），输出高电平须接入上拉电阻，外部电路改变状态，I/O 端口的双向功能（I2C/QSMBus）

复用开漏输出

引脚选用复用功能 （I2C、QSMBus）

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复用

GPIO 端口作为内置外设使用

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端口复用初始化过程

1. 使能 GPIO 端口时钟
2. 使能复用的外设时钟
3. 端口模式配置
4. 端口重映射
5. 外设引脚可以通过设定重映寄存器的方式映射到其他端口
6. 端口重映射初始化过程
7. 1.使能 GPIO 端口时钟
8. 2.使能复用的外设时钟
9. 3.使能 AFIO 时钟
10. 4.开启重映射

相关函数：

​void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)​

电平输出函数，向指定的 GPIO 引脚写入特定的值（高/低电平）

​GPIOx ​ 指定操作的 GPIO 端口

​GPIO_Pin​ 指定操作的 GPIO 引脚

​PinState​ 指定写入的值（高/低电平）

​GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)​

电平输入函数 返回值是 0/1

​GPIOx ​指定操作的 GPIO 的端口

​GPIO_Pin​ 指定的 GPIO 的引脚

​void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)​

电平翻转函数 使指定的 GPIO 引脚的电平值翻转

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​Pin​ 指定配置的 GPIO 引脚

​Mode​ 指定配置的 GPIO 工作模式

//GPIO_MODE_INPUT​：输入模式

// - GPIO_MODE_OUTPUT_PP​：推挽输出模式

// - GPIO_MODE_OUTPUT_OD​：开漏输出模式

// - GPIO_MODE_AF_PP​：复用推挽输出模式

// - GPIO_MODE_AF_OD​：复用开漏输出模式

// - GPIO_MODE_ANALOG​：模拟模式

​Pull​ 指定引脚的上拉/下拉激活状态

// - GPIO_NOPULL​：无上拉或下拉

// - GPIO_PULLUP​：上拉

// - GPIO_PULLDOWN​：下拉

​Speed​ 指定配置的引脚速度

// - GPIO_SPEED_FREQ_LOW​：低速

// - GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM​：中速

// - GPIO_SPEED_FREQ_HIGH​：高速

// - GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH​：非常高速

​OutputType​ 指定配置的引脚输出操作类型

​Alternate​指定引脚复用功能的选择（如果引脚配置为复用模式）

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矩阵键盘扫描原理（两种）

1. （逐）行列扫描：

采用对矩阵键盘逐行输入高电平的方法，每输入一行的高电平后均检查是否有列输出高电平，如有则同时确定行列值，进而确定按键值。

置第1行为低电平，其余N-1行和N列为高电平，

读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下，比如按下的是1行三列(1x3)，那么第三列的列线IO口就为低电平。

置第2行为低电平，其余N-1行和N列为高电平，，读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下。

以此类推，进行逐行扫描，根据行线列线的电平不同可以识别是否有按键按下，哪一个按键按下，获取按键号

1. 反转法：

先对矩阵键盘行输出高电平，检查是否有列输入高电平，如有则记录列号。并进入下一步，对矩阵键盘列输出高电平，检查是否有行输入高电平，如有则记录行号。根据所记录的列号与行号，确定按键值

将行线设置为低电平，列线设置为高电平，读取列线的值以确定按下的列号。然后，将行线设置为高电平，列线设置为低电平，读取行线的值以确定按下的行号。最后，将行号和列号进行或运算，得到按键的键码

多位数码管动态显示原理：

通过共用段选显示数字，通过选位线控制显示数位，利用余晖效应和人眼视觉残留效应，切换位选位状态，快速显示每一位数码管的数字

通过选位线控制显示数位，通过段选线控制显示数字。多位数码管显示时，每一时刻只能显示一位数字，显示后保持一段时间将其关闭，并切换到下一位进行显示。由于数码管显示的数字有一定保持效果，所以会呈现出多位数字共同显示的效果。

共阴极

PA0-PA7 接 a-h 段

Abcdefh

H g f e d c b a

0 0 1 1 1 1 1 1 0x3F

0 0 0 0 0 1 1 0 0x06

0 1 0 1 1 0 1 1 0x5B

0 1 0 0 1 1 1 1 0x4F

0 1 1 0 0 1 1 0 0x66

0 1 1 0 1 1 0 1 0x6D

0 1 1 1 1 1 0 1 0x7D

0 0 0 0 0 1 1 1 0x07

0 1 1 1 1 1 1 1 0x7F

0 1 1 0 1 1 1 1 0x6F

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抢占优先级：优先级高的能打断优先级低 响应优先级：当抢占优先级相同时，响应优先级高的先执行

注意：优先级的值越小，优先级越高(越先执行)

总结：抢占优先级高的可以中断嵌套，响应优先级高的可以优先排队，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队

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中断和事件的区别：事件不需要CPU干预

中断的作用和意义

1.实时控制：在确定时间内对相应事件作出响应

2.故障处理：检测故障，及时处理

3.数据传输：串口数据接收

意义：高效处理紧急程序，不会一直占用CPU资源

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NVIC（嵌套向量中断控制器）：支持256个优先级，允许裁剪 256个中断（16个内核 + 240个外部）

中断向量表：一块固定内存，以4字节对齐，存放各中断服务函数程序的首地址

定义在启动文件，发生中断自动执行

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中断：正在执行的程序，被中断源打断执行中断服务程序，之后返回断点继续执行

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中断信号->中断控制器->硬件中断服务函数->HAL全局中断服务函数->对应信号的回调函数

外部中断方式

电平触发

保持触发条件会重复触发

边沿触发

us 级别，只触发一次

串口函数中使用 HAL_Delay 函数：避免长时间阻塞、确保 SysTick 定时器的中断优先级设置得当，以避免因优先级问题导致的程序卡死

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​Instace​：UART 寄存器基地址

​Init​：UART 通信参数

​pTxBuffPtr​：指向发送传输缓冲区的指针

​TxferSize​：发送传输大小

​TxtferCount​：发送传输计数

​ReceptionType​：正在进行的接收类型

​hdmatx​：发送 DMA 句柄参数

​hdmarx​：接收 DMA 句柄参数

​Lock​：锁定对象

​gState，RxState​：记录 UART 状态

​ErrorCode​：记录发生错误类型

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​BAudRate​：配置通信波特率

计算公式：

​WordLength​:指定帧中发送或接收的数据位数

​StopBitsL​:传输的停止位数

​Parity​：指定奇偶校验模式

​Mode​：是否启用发送或接收模式

​HwFlowCtl​：启用/禁用硬件控流模式

​OverSampling​：是否启用 8 倍过采样

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SR：USART 状态寄存器

DR：USART 数据寄存器

BRR：USART 波特率寄存器

CR1:USART 控制寄存器 1

CR2：USART 控制寄存器 2

CR3：USART 控制寄存器 3

GTPR：保护时间和预分频寄存器

串口配置过程

1. 配置 GPIO 引脚时钟
2. 配置 USART 时钟
3. 配置 USART 发送和接收引脚
4. 通过 NVIC 配置中断
5. 初始化 USART
6. 清除 TC（发送完成）和 RXHE（接收寄存器非空）标志，使能接受中断

• USART和GPIO的时钟。例如，对于USART1，可以使用RCC_APB2PeriphClockCmd函数启用USART1和GPIOA的时钟。
• GPIO引脚：将GPIO引脚配置为复用功能，用于串口通信。具体可以使用GPIO_Init函数设置引脚的模式（如复用推挽输出）、速度等参数。对于发送（TX）引脚，通常设置为复用推挽输出；对于接收（RX）引脚，通常设置为浮空输入或上拉输入。
• USART_Init函数设置串口的波特率、数据位、停止位、校验位等参数。这些参数的设置决定了串口通信的具体格式。
• USART_Cmd函数使能串口，使其开始工作
• TDR）是否为空。这可以通过读取USART_FLAG_TXE标志位来判断。如果TXE标志位为1，表示发送数据寄存器为空，可以发送数据；如果为0，则表示发送数据寄存器仍在使用中，需要等待。
• USART_SendData函数将数据写入发送数据寄存器。此时，数据会被加载到发送移位寄存器中，并准备通过硬件自动发送。
• USART_FLAG_TC（传输完成）标志位来实现。当TC标志位为1时，表示数据已经发送完成。

TX 引脚是推挽复用输出模式

RX 引脚是浮空输入或上拉输入

UART：通用异步接发器

UASRT：通用同步异步接发器

串口发送一个字节的过程：根据波特率确定一个比特数据持续时间。发送方拉低TX信号线作为起始信号，根据发送移位寄存器转移数据依次发送，低位优先。数据发送完成后释放信号线（恢复高电平），根据停止位确定持续时长。

轮询：必须等待接收或发送串口操作完成，只能接收定长数据

中断：使CPU空闲，数据寄存器空时才调用CPU

DMA：将数据从内存搬到接收/发送数据寄存器中

​HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)​：通过 UART 发送数据

​huart​：指向 handletype 结构体指针

​pData​：指向要发送数据的指针

​Size​：发送数据大小

​Timeout​：发送操作的超时时间

​HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)​：用以中断方式接收 UART 数据，接收不定长数据，直到接收空闲线条件为止

​huart​：指向 handletype 的指针

​pData​：指向接收缓冲区的指针

​Size​：接收缓冲区的大小

​HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)​：用于通过 DMA 方式接收 UART 数据

​pData​：接收缓冲区指针

​Size​：接收数据大小

​HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)​：通过 DMA 方式发送数据

​pData​：发送数据的缓冲区指针

​Size​：发送数据大小

时基单元：

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定时器计数方式

向上计数模式

计数器从 0 计数到自动加载值，然后重新从 0 开始计数并产生一个计数器溢出事件

向下计数模式

计数器从自动装入的值（TIMx_ARR）开始向下计数到 0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件

中央对齐模式

计数器从 0 开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到 1 并且产生一个计数器溢出事件；然后再从 0 开始重新计数

PWM 频率的寄存器：

自动重装载寄存器（ARR）：决定 PWM 信号周期

频率计算公式：Fpwm = 主频 / ((ARR+1)*(PSC+1))

PWM 占空比的寄存器：

捕获/比较寄存器（CCR）：决定 PWM 信号的高电平时间

占空比计算公式：Duty Cycle = CCRx / ARR

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Prescaler：预分频器值，用于将定时器的时钟频率分频

CounterMode：计数器模式

Period：自动重装载寄存器的值，决定 PWM 信号的周期

ClockDivision：时钟分频，用于指定定时器时钟的分频比例

RepetitionCounter：重复计数器值，用于产生更高频率的 PWM 信号

AutoReloadPreload：自动重装载预装载使能，用于在更新事件发生时，是否允许预装载寄存器的内容立即转移到影子寄存器

​HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim)：​启动定时器基本模式并启用中断，让指定的定时器开始计数，并在发生更新事件时产生中断

htim：指向定时器句柄的指针

​HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)​：用于启动 PWM 输出并启用相应通道中断的函数

Channel：启动的 PWM 通道

​__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__)​：用于直接设置定时器中的指定通道的捕获/比较寄存器值

_HANDLE_：指向句柄的指针

_COMPARE_:设置捕获/比较寄存器的新值

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RTC计数器：32位

ADC 规则组：16 个 32 位（独立模式下只用到低 16 位）数据寄存器

ADC 注入组：4 个 16 位数据寄存器

ADC 输入 GPIO 引脚设为模拟输入模式

T CONV = 采样时间+ 12.5个周期

测量值到电压的转换公式：电压值=测量值/（参考电压（3.3V）/4095）

VolVal = ((MeasureVal / ADC的最大值) * ADC的参考电压) + ADC的过低电压阈值

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RTC

计数频率 32.768kHz秒中断

每当 RTC 计数器增加到一个新的秒值就会产生一个秒中断 用于实现周期任务，时间更新、状态检查

溢出中断

RTC 计数达到计数最大值，会产生一个溢出中断 用于处理长时间段的计时任务需要重新初始化的情况

闹钟中断

当 RTC 计数器达到预设的闹钟时间会产生一个闹钟中断用于触发定时任务 唤醒系统

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HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm_IT(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format)：用于设置 RTC 闹钟，并配置为中断模式

hrtc：指向 RTC 句柄的指针

sAlarm：指向 RTC 闹钟配置结构体的指针

Format：指定闹钟时间格式

static HAL_StatusTypeDef RTC_WriteTimeCounter(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t TimeCounter)：设置 RTC 时间的计数器

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_ConfigChannel(ADC_HandleTypeDef* hadc, ADC_ChannelConfTypeDef* sConfig)：用于配置 ADC 的通道

hadc：指向 ADC 句柄的指针

sConfig：指向 ADC 通道配置结构体的指针

uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc)：用于获取 ADC 转换后的值

​HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10):​轮询检查是否转换完成

​HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1)：​校准函数