文章目录

单片机编程的原理
GPIO
中断
- EXTI外部中断
- 定时器中断、串口中断
定时器
DMA简介
通信接口
USART
- 软件配置流程：
- - 1、仅发数据的配置
  - 2、收发数据的配置
I2C
SPI
- 起始终止时序
- 交换一个字节
通信协议比较
- USART
- I2C
- SPI

单片机编程的原理

编程的目的是，通过配置stm32的外设，来实现相应的功能。

注意在操作外设之前必须使能时钟。

GPIO

在STM32中，所有的GPIO都是挂载在APB2外设总线上的。

其中

寄存器是一个特殊的存储器，内核可以通过APB2总线对寄存器进行读写。
驱动器负责增大驱动能力。

GPIO电路图

可配置为8种输入输出模式。

在输出模式下，输入模式也是有效的；

在输入模式下，输出模式无效。

中断

NVIC是一个内核外设，用来分配优先级和管理中断

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。

EXTI外部中断

大致来说，就是监控电平跳变的信号触发GPIO口的中断。

具体来说

1、EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序

2、支持的触发方式：上升沿/下降沿/双边沿/软件触发

3、支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断

4、通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒

5、触发响应方式：中断响应/事件响应

打开RCC时钟（GPIO和AFIO）；

配置GPIO为输入模式；

配置AFIO（接线）；

配置EXTI，设置线路，选择边沿触发方式，选择触发响应方式（中断响应）；

配置NVIC（内核的外设无需时钟），设置优先级分组，初始化NVIC。

cpp 复制代码

void CountSensor_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
	
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);   // 优先级分组
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;  
	// 指定中断通道开启或关闭
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

uint16_t CountSensor_Get(void)
{
	return CountSensor_Count;
}

// 指定中断通道的中断函数
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET)
	{
		/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 0)
		{
			CountSensor_Count ++;
		}
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);  // 清除中断标志位
	}
}

定时器中断、串口中断

下面介绍

定时器

定时器可以对输入的时钟进行计数，在计数值达到设定值时触发中断。

基本定时器 = 16为计数器 + 预分频器 + 自动重装寄存器（时基单元）

通用定时器

无论是什么定时器，内部的基准时钟都是72MHz

定时器中断配置过程

打开RCC时钟；

配置时基单元； // 如果只需要定时器配置到这里就结束

配置输出中断控制，允许更新中断输出到NVIC；

配置NVIC，在NVIC种打开定时器中断的通道，并分配优先级；

最后使能时基单元中的定时器。

决定定时时间的参数为结构体TIM_Period和结构体TIM_Prescaler

计数器溢出频率（定时频率）= 72M/(PSC+1)/(ARR+1)

如果需要1hz，则代码如下

上述代码红色框部分为分频系数ARR=10000-1; PSC=7200-1，在72M/7200 = 10k的频率下，计10000个数，就是1s。

定时器中断也可以产生pwm波：设置定时器中断，在中断里手动计数，手动翻转电平。

定时器中断也可以完成输入捕获：来个外部中断，在中断里手动把CNT取出来，放在变量里面。

定时器中断也可以完成编码器接口的硬件功能：在中断中，手动自增或自减计数。

以上都是消耗软件资源

通用定时器输出比较功能：PWM波的生成

输出比较可以通过比较CNT和CCR（捕获比较寄存器）值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，从而输出。

使用硬件资源（CCR）来输出PWM波不需要中断，只需要比较计数器和寄存器的值就行了

同一个定时器可以通过不同的通道来输出PWM，具体哪个通道通过函数配置来实现。

通过ARR、PSC、CCR的设置来调整PWM的参数。

所以ARR=100-1; PSC = 720-1; CCR = 50// 50%的占空比

c 复制代码

void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
//	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;		    //ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//CCR
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

一般只调节PSC，不会影响CCR和ARR的占空比。一般先根据分辨率确定ARR，再根据pwm频率条件PSC分频。

示波器输出

项目使用TB6612：双路H桥型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机。双路H桥型电路由两个推挽电路组成。H桥可以变换电流的方向。

定时器的输入捕获功能

测输入PWM波的频率和占空比

输入捕获（4个通道）和输出比较（4个通道）只能使用其中一个。

输入捕获，当通道输入引脚出现上升沿或下降沿时，将当前CNT的值锁存到CCR中，可测量PWM波的频率、占空比等等参数。

主从触发模式

可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量。不用再使用中断去清空CNT

注意CNT计数可能会溢出（0-65535）

PWMI模式

可配置为PWMI模式，同时测量hz和占空比；

频率测量的方法：

测频法：在一个闸门时间T内，记录上升沿出现的次数N，然后计算

测周法：在两个上升沿内，用单片机的标注频率fc计次，记录次数N（到CCR），然后计算。（一般使用这个，随时都能取CCR的值）

定时器的编码器接口

电机驱动项目：使用pwm驱动电机，再使用编码器测量电机的速度，然后再用PID进行控制。

通用定时器拥有一个编码器接口。

正交编码器能够抗噪声，通过双相查表来对抗噪声。

所以，问：TIMER你一般用来做什么？

DMA简介

直接存储器读取，协助CPU完成数据转运的工作，提供外设<=>存储器、存储器<=>存储器的高速数据传输

一般情况下，程序都是在flash程序存储器下运行

DMA外设可以直接访问32内部的寄存器，包括运行内存SRAM，程序存储器flash，寄存器等等

寄存器是一种特殊的存储器：一、cpu可以对寄存器进行读写，类型读取运行内存；二、寄存器都连接了一根导线，可以控制电路状态，如高低电平的切换，导通和断开开关。所以寄存器是连接软件和硬件的桥梁 ！软件读取寄存器就相当于在控制硬件的执行。

寄存器与存储器不同的是，寄存器的每一位都对应着外设电路的状态。

通信接口

需要制定通信协议，通信双方按照协议规则进行数据收发。

USART

USART外设：按照串口协议来产生和接收高低电平信号。点对点通信。

串口参数：

波特率：串口通信的速率。因为串口是异步通信，如果速率不同，会导致读取数据的错位。

起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平（串口空闲时为高电平）

数据位：数据帧的载荷。如发送0x0F，低位先发，于是电平为11110000的波形。注意，串口一次只能发送一个 8 位（1 个字节）的数据。

停止位：数据帧的间隔，固定为高电平。

翻转电平是由usart外设完成的，无需编程。软件只需要读写DR寄存器。

重点在发送数据寄存器TDR和接收数据寄存器RDR。

在数据转运到接收数据寄存器RDR时，会置一个RXNE标志位，RXNE就可以去申请中断，从而在收到数据时便快速的进行数据的处理。

上图看似有四个寄存器，但是软件层面只有一个DR寄存器供我们读写。

软件配置流程：

1、仅发数据的配置

开启USART的时钟，开启GPIOA的时钟；
初始化GPIO引脚：TX引脚位复用推挽输出，RX位输入脚，选择上拉输入模式；
初始化串口配置：

USART_Cmd开启串口
之后就可以使用函数接口发送数据：

cpp 复制代码

USART_SendData(USART1, uint8_t)  // uint8_t就是char，8位

封装之后

cpp 复制代码

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

调用这个库函数，Byte变量就写入TDR中了，再等待一下TDR的数据转移到移位寄存器中才能放心，不然数据就覆盖了。所以还需要检查标识位TXE（TDR是否为空）：
while(USART_GETFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);

注：读数据寄存器非空的标志为RXNE，下面会用到。

2、收发数据的配置

USART_InitStruture.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;

一般使用中断触发处理数据，所以下一步：

配置NVIC：

开启RXNE标志位到NVIC的输出，RXNE一旦置1，就会向NVIC申请中断；

编写中断处理函数

c 复制代码

void USART1_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GETITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		// 有数据来了，接收
		uint8_t Serial_RXData = USART_ReceiveData(USART1);
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  // 清除标识位
	}
}

以上是单字节的数据收发，数据包的收发类似。

I2C

目的：读取外挂寄存器数据（CPU要读取MPU6050的寄存器），而串口的工作是传输数据。

##I2C的功能：

发送数据后，另一端能够应答；

同步时序，半双工（串口是异步时序，有USART硬件的支持），对硬件要求不是很严格；

支持总线挂载多设备，一般为一主多从。

所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式，且SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右（弱上拉电阻+开漏输出模式）

MPU6050已经在硬件上接入上拉电阻了。

复习：

开漏输出：只能输出低电平（只能下拉）

I2C时序基本单元

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

注意：只用主机才能产生起始和终止。只有主机才能控制SCL。

一个字节主机发送=>从机接收：

主机拉下SCL，主机把数据放在SDA（高位先行）；主机松开SCL，从机读取SDA的数据（SCL高电平期间，SDA不允许变换，因为从机正在读）。如此循环八次，就发送了一个字节的数据。

低电平主机放数据，高电平从机读数据。

一个字节主机接收<=从机发送：

SCL低电平期间，从机把数据放在SDA上，然后释放SCL；主机在SCL高电平期间读取SDA数据（SCL高电平期间，SDA不允许变换）。如此循环八次，就发送了一个字节的数据。

低电平从机放数据，高电平主机读数据。

总结：所有设备包括主机都处于输入模式，当主机需要发送时，主动去拉下SDA。而在主机被动接收的时，必须先释放SDA（释放总线，不然永远是低电平，别人没法写，总线是"或"逻辑）。

应答机制

从机应答：操作的是SDA这根线，当主机松手SDA时，从机需要拉住SDA，告诉主机自己收到了。

主机应答：

具体应用

指定地址写（主机发送）

对于指定从机设备地址（MPU6050地址：0xD0），在指定从机设备的指定寄存器地址下（0x19）写入指定数据（0xAA）

从机设备地址站前7位，第8位为主机想写就是0，想读就是1。

指定地址读

对于指定从机设备地址（MPU6050地址：0xD0），指定从机设备的指定寄存器地址（0x19）；对于指定从机设备地址（MPU6050地址：0xD0，但是第8位为1，表述主机想读），之后直接收数据。

实现了指定地址读和写，就可以实现STM32读取外挂芯片寄存器的操作。

总结

只有主机SCL下拉期间，SDA的数据才能动（要么主机放数据、要么从机放）。主机松手SCL（高电平），一律不准动SDA（因为要读，要么主机要么从机）。

MPU6050通信流程

初始化I2C；

指定MPU6050地址，指定要写的寄存器地址；

初始化MPU6050的寄存器，其实就是主机往指定的寄存器中写数据（电源管理寄存器解除睡眠、选择陀螺仪时钟、6个轴不待机。。。）；

再发一次MPU6050地址指定读，然后读取指定寄存器的数据1632（Acc，Gypo）；

SPI

SPI与I2C的目的相同，为了读取外部寄存器。

SCK、MOSI（主机输出，从机输入）、MISO（主机输入，从机输出）、SS（从机选择线）

同步时序、全双工（数据发送和接收各占一条线）

SCK时钟线由主机掌握

主机另外引出多条SS控制线，拉低为呼叫。

输出引脚配置为推挽输出 ，输入引脚为浮空或上拉输入 ；

推挽输出：高低电平均有很强的驱动能力（下降沿上升沿非常迅速）

SPI的数据收发，都是基于字节交换单元来实现的

起始终止时序

起始条件: SS从高电平切换到低电平

终止条件: SS从低电平切换到高电平

SS低电平为数据传输的过程

交换一个字节

模式1：SCK第一个边沿移出数据到线，第二个边沿移入数据到寄存器。

一般用的是模式0，在SCK第一个边沿之前就要移出数据，第一个边沿移入 数据。

模式2：

通信协议比较

USART

定义好波特率等等参数之后，调用接口发送数据

发送：

cpp 复制代码

USART_SendData(USART1, uint8_t)  // uint8_t就是char，8位

封装之后

cpp 复制代码

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

接收：

中断处理函数

c 复制代码

void USART1_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GETITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		// 有数据来了，接收
		uint8_t Serial_RXData = USART_ReceiveData(USART1);
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  // 清除标识位
	}
}

I2C

优点：一根通信线兼顾收发（无论挂载多少设备）、寻址机制，应答机制。

缺点：因为I2C要实现半双工（要经常切换输入输出），所以采用开漏+上拉电阻 的设计，这种设计使得通信线高电平驱动能力较弱（导致SDA从低到高，上升沿的耗时较长，限制传输速度）。

SPI

优点：传输更快（推挽输出），无需寻址（SS线负责）。

缺点：硬件要求高，资源浪费（全双工）。

四根通信线：SCK，MOSI、MISO、SS。

STM32基础回顾

文章目录

单片机编程的原理

GPIO

中断

EXTI外部中断

定时器中断、串口中断

定时器

定时器中断配置过程

通用定时器输出比较功能：PWM波的生成

定时器的输入捕获功能

主从触发模式

PWMI模式

定时器的编码器接口

DMA简介

通信接口

USART

软件配置流程：

1、仅发数据的配置

2、收发数据的配置

I2C

I2C时序基本单元

具体应用

指定地址写（主机发送）

指定地址读

总结

MPU6050通信流程

SPI

起始终止时序

交换一个字节

通信协议比较

USART

I2C

SPI