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STM32入门基础知识要点汇总

文章目录

  • 前言
  • 1. GPIO是什么？
  • 2. VDD、VSS、VBAT是什么?
  • 3. ADC、DAC是什么？
  • 4. 寄存器是什么？

    • 前言

    本文主要用作STM32入门一些基本常识汇总，本文持续更新中 …

    1. GPIO是什么？

    在STM32中，GPIO（General-Purpose Input/Output，通用型输入输出）是一个非常重要的概念，它指的是STM32微控制器上的一组引脚，这些引脚可以通过软件配置为输入或输出模式，以执行各种数字信号的处理任务。下面是对STM32中GPIO的详细理解：

    1. 功能概述

    GPIO引脚的主要功能包括：

  • 输入功能： 用于读取外部设备的信号状态，如按键、传感器等。通过配置为输入模式，GPIO引脚可以检测外部电路的电平状态（高电平或低电平），从而获取外部设备的信息。
  • 输出功能： 用于向外部设备发送控制信号，如控制LED灯的亮灭、驱动电机等。通过配置为输出模式，GPIO引脚可以输出高电平或低电平信号，从而控制外部设备的状态。
  • 复用功能： STM32的GPIO引脚还具备复用功能，即可以作为片上外设的接口引脚，如SPI、I2C、UART等通信接口的引脚。

    • 2. 工作模式

    STM32的GPIO引脚可以配置为多种工作模式，以满足不同的应用需求。常见的工作模式包括：

  • 上拉输入： 输入引脚的上拉电阻接入，给一个默认的高电平。当没有外部输入时，默认输入高电平。
  • 下拉输入： 输入引脚的下拉电阻接入，给一个默认的低电平。当没有外部输入时，默认输入低电平。
  • 模拟输入： 输入电路不经过施密特触发器，用于采集外部的模拟信号，如连续变化的电压、电流等。
  • 推挽输出： 此模式下两个MOS管均工作，当输出寄存器输出高电平或低电平时，引脚也相应地输出高电平或低电平。
  • 复用开漏/推挽输出： 在复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏及推挽模式，但输出信号源于其他外设。

    • 3. 寄存器控制

    STM32的GPIO引脚功能通过寄存器来控制。每个GPIO端口都有多个寄存器，用于配置引脚的工作模式、读取引脚状态或写入引脚电平。常见的寄存器包括端口配置寄存器（CRL和CRH）、数据寄存器（IDR和ODR）、置位/复位寄存器（BSRR）等。

    4. 应用场景

    GPIO在STM32的应用非常广泛，包括但不限于：

  • 控制LED灯的亮灭和闪烁。
  • 读取外部按键的状态，实现按键检测和触发操作。
  • 与传感器（如温度传感器、湿度传感器等）进行通信，读取传感器数据。
  • 控制电机的正转、反转和速度。
  • 读取触摸屏的输入信号，实现触摸检测和坐标获取。

    • STM32中的GPIO引脚是一种高度灵活和可配置的接口资源，通过软件配置可以执行多种数字信号的处理任务。了解GPIO的功能、工作模式和寄存器控制是开发STM32嵌入式系统的基础。

    2. VDD、VSS、VBAT是什么?

    1. VDD

    在STM32的引脚中，标有VDD的引脚是数字电源引脚，它用于提供芯片的数字电源。VDD的 “D” 代表Device，即器件的意思，表示这是器件内部的工作电压。在STM32最小系统中，VDD通常连接到电源正极，提供芯片的工作电压。具体来说，VDD可能连接到3.3V的电源，这是STM32常见的内部工作电压。

    此外，在VDD引脚上接一个电容再接地的作用是为了滤除电源线上的噪声和稳定电源电压，以确保单片机的正常运行。

    需要注意的是，STM32还可能包含其他类型的电源引脚，如VDDA（模拟电源引脚），它用于提供芯片内部模拟电路的工作电压。在设计和连接电源时，建议参考芯片的数据手册和电路设计手册，以保证正确性和合理性。

    2. VSS

    在STM32中，VSS引脚是地（GND）引脚，用于提供单片机的接地连接。VSS的 “S” 代表Series，表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压。在数字电路中，VSS通常连接到电源供应器的负极或接地，为电路提供稳定的参考电位。

    此外，STM32还可能包含VSSA引脚，它是模拟地（GND）引脚，用于模拟电路的接地连接，通常与VSS引脚相连接。VSSA和VSS在功能上类似，但VSSA更侧重于模拟电路部分，而VSS则更广泛地用于数字电路部分。

    在电路设计和布局时，VSS和VSSA的引脚通常会被均匀分布在芯片的四周，这是基于电源完整性的考虑，可以为芯片提供最好的电源质量，降低电源阻抗，保证高速数字电路可靠工作的手段。

    总之，VSS是STM32单片机中用于接地的引脚，对于电路的稳定性和可靠性至关重要。在设计和连接电路时，需要确保VSS引脚正确接地，并与电源供应器的负极或接地良好连接。

    3. VBAT

    在STM32中，VBAT引脚是备份电源引脚，它主要用于在主电源（如VDD）异常中断时，为内部RTC（实时时钟）和备份寄存器提供电源，以保证这些功能能够继续工作并保持数据。当VDD断电时，通过内部电源切换器，VBAT可以为RTC、外部32kHz振荡器和后备寄存器供电。

    VBAT引脚的具体电压范围取决于STM32的数据手册和电路设计，但通常可以在1.8V到3.6V之间。如果不使用外部电池作为备份电源，VBAT引脚可以连接到VDD引脚，并通过一个外部陶瓷去耦电容来稳定电压。

    此外，VBAT引脚还可以用于检测主电源是否正常。当主电源异常中断时，可以通过检测VBAT引脚的电压来判断主电源是否正常。

    需要注意的是，不同型号的STM32单片机在VBAT引脚的具体实现和功能上可能有所差异，因此在实际应用中需要参考具体的数据手册和电路设计文档。同时，在连接和使用VBAT引脚时，也需要注意电路的稳定性和安全性，以避免出现意外情况。

    3. ADC、DAC是什么？

    1. ADC（模数转换器）

  • 定义：ADC（Analog-to-Digital Converter）是一种将模拟信号转换为数字信号的电路设备。
  • 作用：将模拟信号（如声音、温度等连续变化的信号）的大小和时间上的连续性转化为数字信号，以便进行数字处理。

    • 2. DAC（数模转换器）

  • 定义：DAC（Digital-to-Analog Converter）是一种将数字信号转换为模拟信号的电路设备，其功能与ADC相反。
  • 作用：将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量输出。

    • 4. 寄存器是什么？

    在STM32等微控制器中，寄存器（Register）是有限存储容量的高速存储部件，用于控制硬件的操作和状态。寄存器通常集成在微控制器芯片内部，与处理器核心、外设模块等紧密相连。它们是微控制器与外设之间的主要接口，是进行硬件控制和状态监控的关键部分。

    寄存器的分类

    1. 控制寄存器（Control Registers）：

  • 用于设置或配置外设的操作模式。例如，启用或禁用外设功能，配置工作模式（如定时器的计数模式、串口的波特率等）。
  • 设置外设行为的参数，如初始化配置。

    • 2. 状态寄存器（Status Registers）：

  • 用于报告外设的当前状态，如标志位（Flag）、错误状态等。
  • 例如，ADC完成转换时，会在状态寄存器中设置一个完成标志位。

    • 3. 数据寄存器（Data Registers）：

  • 用于读取或写入数据。例如，接收数据的缓冲区、发送数据的缓冲区。
  • 在通信外设（如USART、SPI等）中，数据寄存器用于发送和接收数据。

    • 寄存器的作用

    1. 配置外设：通过写入控制寄存器，可以配置微控制器的外设，如设置ADC的分辨率、定时器的计数模式等。

    2. 获取状态：通过读取状态寄存器，可以监控外设的当前状态，如检查是否有数据可读、是否发生错误等。

    3. 数据传输：通过数据寄存器进行数据的读写操作，如从ADC读取转换结果，向USART发送数据等。

    寄存器的访问

    寄存器的访问通常是通过特定的内存地址进行的，这些地址称为寄存器地址。在编程时，寄存器通常以结构体或宏定义的形式出现，以方便访问。例如，在STM32库（如HAL或CMSIS）中，寄存器通常定义在头文件中，可以直接通过这些定义来访问和操作寄存器。

    作者：钟剑锋-JeffChong

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