STM32常问问题 - 技术栈

[1. 传感器用的哪些型号？](#1. 传感器用的哪些型号？)

[2. 一个平台能跑起来最小系统要哪些？](#2. 一个平台能跑起来最小系统要哪些？)

[3. DDR 是多大的？](#3. DDR 是多大的？)

[4. Flash 是多大的？](#4. Flash 是多大的？)

[5. ADC 的采样频率是多少？](#5. ADC 的采样频率是多少？)

[6. ADC 不够的话，怎样去组合？](#6. ADC 不够的话，怎样去组合？)

[7. SPI 有几根线？](#7. SPI 有几根线？)

[8. SPI 的主从模式区别？](#8. SPI 的主从模式区别？)

[9. 你们使用的板子的主频是多大的？](#9. 你们使用的板子的主频是多大的？)

[10. 你有自己写过 makefile 么？CFLAGS 能设置哪些内容？makefile 怎么实现指令传参？](#10. 你有自己写过 makefile 么？CFLAGS 能设置哪些内容？makefile 怎么实现指令传参？)

[11. KEIL 的话，你看过编译的中间文件么，比如那个.map 文件你看过么？看那个.map 你会关注什么，最底下那几个代码段说一下它各代表什么意思？](#11. KEIL 的话，你看过编译的中间文件么，比如那个.map 文件你看过么？看那个.map 你会关注什么，最底下那几个代码段说一下它各代表什么意思？)

[12. FreeRTOS 的优先级是只与单片机有关么？](#12. FreeRTOS 的优先级是只与单片机有关么？)

[13. 任务句柄是用来干吗的？](#13. 任务句柄是用来干吗的？)

[14. 消息队列和信号量有什么区别？什么情况下用消息队列了？](#14. 消息队列和信号量有什么区别？什么情况下用消息队列了？)

[15. 如果两个任务间要传递一个比较大的数据，队列创建时你会把队列的元素长度给他规定的很大么？](#15. 如果两个任务间要传递一个比较大的数据，队列创建时你会把队列的元素长度给他规定的很大么？)

[16. IIC 的话，主机怎么去控制对一个寄存器是读操作还是写操作？](#16. IIC 的话，主机怎么去控制对一个寄存器是读操作还是写操作？)

1. 传感器用的哪些型号？

项目中根据监测需求选用了三类核心传感器，型号与用途对应明确：

温湿度传感器：采用 SHT30（工业级），支持 I2C 接口，测量范围 - 40℃~125℃、0%~100% RH，精度 ±0.3℃（25℃时），适配原料存储区与生产车间的温湿度采集需求；
空气质量传感器：选用 MQ135，模拟量输出（0~5V），可检测 CO₂、烟雾等有害气体，通过 STM32 的 ADC 模块采样，用于原料仓库的气体安全监测；
压力传感器：采用 MPX5700DP（工业级），模拟量输出（0~5V），测量范围 0~700kPa，适配成型设备的压力参数采集，确保生产加工环节的压力稳定；
设备状态检测：搭配 E18-D80NK 红外光电传感器（开关量输出），用于检测辅助设备（如输送泵）的运行状态，判断是否存在卡停故障。

2. 一个平台能跑起来最小系统要哪些？

基于 STM32F103C8T6 的最小系统，核心组成需包含 4 类基础模块，满足 "上电运行 + 核心功能支撑"：

核心控制单元：STM32F103C8T6 芯片（ARM Cortex-M3 内核），提供运算与外设控制能力；
电源模块：5V 转 3.3V 稳压电路（如 AMS1117-3.3 芯片），搭配滤波电容（0.1μF+10μF），确保供电稳定；
复位电路：10kΩ 上拉电阻 + 0.1μF 电容组成的外部复位电路，支持手动复位与上电自动复位；
时钟电路：外部 8MHz 晶振 + 2 个 22pF 负载电容，为芯片提供主时钟信号（可倍频至 72MHz）；
下载接口：SWD 接口（2 线：SWDIO、SWCLK），用于程序烧录与在线调试（替代传统 JTAG 接口，简化布线）。以上模块构成 "最小系统" 基础，若需扩展功能（如通信、存储），可额外接入 Wi-Fi/Bluetooth 模块、Flash 芯片等。

3. DDR 是多大的？

STM32F103C8T6 属于无片外 DDR 的 MCU（微控制器），其 "内存" 依赖芯片内置的 SRAM（静态随机存取存储器），容量为20KB（地址范围 0x20000000~0x20004FFF），主要用于存储程序运行中的临时数据（如传感器采样值、任务栈、队列缓存）。项目中通过 FreeRTOS 的任务栈大小优化（如核心任务栈设为 512 字节、次要任务设为 256 字节），20KB SRAM 可满足 "6-8 个任务 + 多传感器数据缓存" 的需求，无需额外扩展片外 DDR（工业级嵌入式场景中，MCU 多依赖内置 SRAM，DDR 多用于高性能处理器如 STM32H7 系列）。

4. Flash 是多大的？

项目中使用两类 Flash，分别承担 "程序存储" 与 "数据存储" 功能：

MCU 内置 Flash ：STM32F103C8T6 内置64KB Flash（地址范围 0x08000000~0x0800FFFF），用于存储程序代码（如 FreeRTOS 内核、传感器驱动、通信协议逻辑），64KB 容量可满足项目中 "嵌入式软件 + 轻量级应用" 的存储需求；
外部扩展 Flash：通过 SPI 接口接入 W25Q64 芯片（8MB 容量，即 64Mbit），用于存储历史传感器数据（如近 7 天的温湿度日志）、设备配置参数（如告警阈值、Wi-Fi 账号），避免内置 Flash 容量不足导致的数据无法持久化问题。

5. ADC 的采样频率是多少？

STM32F103C8T6 的 ADC 为 12 位逐次逼近型，项目中根据传感器类型设置差异化采样频率，平衡 "实时性" 与 "资源占用"：

温湿度传感器（SHT30）：I2C 数字接口，无需 ADC 采样，数据刷新频率设为 1 次 / 秒；
模拟量传感器（MQ135、MPX5700DP） ：ADC 采样频率设为10kHz（即每 100μs 采样 1 次），单通道采样时间约 1.5μs（配置 ADC 采样周期为 1.5 个时钟周期），支持 4 个模拟量通道轮询采样（总采样频率 40kHz，满足实时监测需求）；
采样频率计算：ADC 时钟由 APB2 总线提供（最高 72MHz），项目中设为 12MHz（72MHz/6 分频），单通道采样时间 = 1.5+12.5=14 个时钟周期（12.5 为转换周期），即采样频率 = 12MHz/14≈857kHz，实际配置为 10kHz 是通过 "定时器触发采样 + 软件间隔控制" 实现，避免高频采样占用过多 CPU 资源。

6. ADC 不够的话，怎样去组合？

若 STM32 内置 ADC 通道（STM32F103C8T6 共 16 个外部通道）不足以覆盖传感器需求，项目中可通过 "硬件扩展 + 软件优化" 两种方式组合：

硬件扩展：增加外部 ADC 芯片：通过 SPI/I2C 接口接入外部 12 位 / 16 位 ADC 芯片（如 ADS1115，I2C 接口，4 通道），扩展采样通道数量，外部 ADC 的采样数据通过通信接口传输至 STM32，不占用内置 ADC 资源；
软件优化：通道分时复用：对 "非实时性需求的传感器"（如环境光照传感器），采用 "分时轮询采样"------ 例如将内置 ADC 的 1 个通道分时连接 2 个传感器（通过 GPIO 控制模拟开关如 CD4051，切换采样对象），采样间隔设为 500ms，既节省通道，又不影响监测精度；
优先级调度：核心通道优先采样：对 "高实时性传感器"（如设备压力传感器）分配固定 ADC 通道，低优先级传感器（如空气质量传感器）通过软件轮询复用剩余通道，确保核心数据采集不延迟。

7. SPI 有几根线？

SPI（串行外设接口）为全双工同步串行通信协议，项目中使用4 根核心信号线（标准 SPI 模式），部分场景可简化为 3 根（无 CS 线），具体如下：

SCK（Serial Clock）：时钟线，由主机（如 STM32）输出，同步数据传输；
MOSI（Master Out Slave In）：主机输出 / 从机输入线，主机向从机发送数据（如 STM32 向 W25Q64 发送写指令）；
MISO（Master In Slave Out）：主机输入 / 从机输出线，从机向主机返回数据（如 W25Q64 向 STM32 返回读取的数据）；
CS（Chip Select）：片选线，由主机控制（低电平有效），用于选择待通信的从机（若仅 1 个从机，可固定拉低，省略 CS 线，但多从机场景必须保留）；项目中 STM32 与 W25Q64 Flash 的通信采用 4 线 SPI（SCK、MOSI、MISO、CS），确保多设备（如同时接入 SPI 接口的显示屏）时可独立控制。

8. SPI 的主从模式区别？

SPI 主从模式的核心区别在于 "时钟控制权" 与 "数据流向主导权"，项目中 STM32 始终作为主机，外设（如 W25Q64、ADC 芯片）作为从机，具体差异如下：

对比维度	主机（Master）	从机（Slave）
时钟来源	主动生成 SCK 时钟信号	被动接收主机的 SCK 时钟
通信触发	主动发起通信（发送指令 / 读取数据）	仅在被 CS 选中后，响应主机指令
数据流向控制	主导数据发送 / 接收的时序	按主机时序同步发送 / 接收数据
硬件配置	需配置 SCK 输出模式、时钟极性 / 相位	需配置 SCK 输入模式，无需时钟配置
应用场景	控制器（如 STM32、MCU）	外设（如 Flash、ADC、显示屏）

例如项目中 "STM32 读取 W25Q64 数据"：STM32（主机）拉低 CS 选中从机，输出 SCK 时钟，通过 MOSI 发送 "读数据指令 + 地址"，W25Q64（从机）按 SCK 时序，通过 MISO 返回对应地址的数据。

9. 你们使用的板子的主频是多大的？

项目中核心控制板（STM32F103C8T6）的最高主频为 72MHz，由外部 8MHz 晶振经 PLL（锁相环）倍频得到（8MHz×9=72MHz），实际运行中根据功能需求配置为 72MHz（满频），原因如下：

72MHz 是 STM32F103 系列的稳定最高主频，可满足 "多任务调度（FreeRTOS）+ 多外设并发（ADC、SPI、UART）" 的算力需求；
外设时钟与主频联动：ADC 时钟最高 14MHz（72MHz/6 分频）、SPI 时钟最高 18MHz（72MHz/4 分频），72MHz 主频可确保外设工作在最优速率，避免因主频不足导致的通信延迟。

10. 你有自己写过 makefile 么？CFLAGS 能设置哪些内容？makefile 怎么实现指令传参？

项目中基于 Linux 环境开发 C++ 服务器端代码（如视频监控系统的 Reactor 服务器）时，独立编写过 Makefile，核心细节如下：

是否写过 Makefile：是，用于管理 "服务器端代码 + 交叉编译嵌入式程序"，实现 "一键编译、链接、清理"，避免手动输入复杂编译指令；
CFLAGS 可设置的内容 ：
- 编译选项：-c（仅编译不链接）、-o（指定输出文件名）、-Wall（开启所有警告，如未定义变量、类型不匹配）；
- 优化级别：-O0（无优化，用于调试）、-O2（中度优化，平衡性能与编译速度，项目中默认使用）；
- 头文件路径：-I./include（指定头文件所在目录，如包含 FFmpeg、MySQL 的头文件）；
- 宏定义：-DDEBUG（定义 DEBUG 宏，用于条件编译调试代码，如#ifdef DEBUG printf("日志信息"); #endif）；
- 标准指定：-std=c++11（启用 C++11 标准，支持智能指针、lambda 表达式等）；

Makefile 实现指令传参 ：通过make 变量名=值的方式传参，Makefile 中使用$(变量名)引用，例如：

makefile

复制代码

# Makefile内容
CC=g++
CFLAGS=-std=c++11 -Wall $(OPT)  # $(OPT)为外部传入参数
target=server
$(target): main.cpp
    $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^

# 指令传参示例：make OPT=-O2（启用O2优化）、make OPT=-g（生成调试信息）
# 执行make OPT=-O2时，CFLAGS实际为"-std=c++11 -Wall -O2"

11. KEIL 的话，你看过编译的中间文件么，比如那个.map 文件你看过么？看那个.map 你会关注什么，最底下那几个代码段说一下它各代表什么意思？

项目中使用 KEIL MDK 编译 STM32 嵌入式代码时，经常查看编译生成的.map文件（链接器输出的内存分配报告），核心关注点与代码段含义如下：

是否看过.map 文件：是，主要用于排查 "内存溢出、代码段分布异常" 问题；
关注的核心信息 ：
- Code（代码段）大小 ：查看程序代码占用的 Flash 空间（如Total RO Size (Code + RO Data)），判断是否超出 STM32 内置 Flash 容量（64KB）；
- RAM 占用 ：关注Total RW Size (RW Data + ZI Data)（RW 为已初始化数据，ZI 为未初始化数据），避免超出 20KB SRAM；
- 函数 / 变量地址：定位关键函数（如 FreeRTOS 任务函数）的内存地址，用于调试时查看函数调用栈；
- 未定义符号（Undefined symbols）：排查链接错误（如函数声明未实现、库文件未添加）；
最底部核心代码段含义 （以 STM32F103 为例，地址与芯片相关）：
- Code：存放程序指令（如函数代码），位于 Flash（0x08000000 开始），只读；
- RO Data（Read-Only Data） ：存放只读数据（如const定义的常量、字符串常量），位于 Flash，与 Code 段连续；
- RW Data（Read-Write Data） ：存放已初始化的全局变量 / 静态变量（如int a=10），编译时存于 Flash，上电后复制到 SRAM（0x20000000 开始）；
- ZI Data（Zero-Initialized Data） ：存放未初始化的全局变量 / 静态变量（如int b），编译时不占用 Flash，上电后由系统初始化为 0，位于 SRAM，紧跟 RW Data；
- Stack（栈）：存放函数局部变量、函数调用参数，位于 SRAM 高地址，由编译器自动分配（可在 KEIL 中配置栈大小）；
- Heap（堆） ：用于动态内存分配（如malloc），位于 SRAM，栈的下方，大小可在 KEIL 中配置（项目中 FreeRTOS 的内存管理优先使用堆）。

12. FreeRTOS 的优先级是只与单片机有关么？

FreeRTOS 的优先级不仅与单片机有关，还与 FreeRTOS 内核配置、任务调度机制直接相关，单片机仅决定 "优先级数量的上限"，具体如下：

单片机的影响 ：依赖 MCU 的内核中断控制器（如 STM32 的 NVIC），FreeRTOS 的任务调度基于 "PendSV（可悬起系统调用）" 和 " SysTick（系统滴答定时器）" 中断，NVIC 支持的中断优先级位数（STM32F103 为 4 位，即 16 级优先级）决定了 FreeRTOS 可配置的最大优先级数量（项目中配置为 16 级，0 为最低，15 为最高）；
FreeRTOS 内核配置的影响 ：通过FreeRTOSConfig.h中的宏定义调整优先级特性：
- configMAX_PRIORITIES：配置支持的最大优先级数（如设为 16，即 0-15 级），需≤MCU NVIC 支持的最大级别；
- configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION：启用硬件优化的任务选择（仅部分 MCU 支持），影响高优先级任务的响应速度；
任务调度机制的影响：FreeRTOS 采用 "抢占式调度"（默认），高优先级任务可抢占低优先级任务，优先级的 "数值大小"（而非绝对值）决定调度顺序 ------ 例如优先级 10 的任务始终比优先级 5 的任务先执行，与单片机型号无关，仅需内核配置支持该优先级范围。综上，单片机决定 "优先级数量上限"，FreeRTOS 配置与调度机制决定 "优先级的实际使用规则"。

13. 任务句柄是用来干吗的？

FreeRTOS 中的 "任务句柄（Task Handle）" 是一个指向 "任务控制块（TCB，Task Control Block）" 的指针，核心作用是作为任务的 "唯一标识"，供内核函数操作任务，具体用途包括：

任务操作 ：通过句柄调用 FreeRTOS API 控制任务，如：
- vTaskSuspend(handle)：挂起指定句柄的任务；
- vTaskResume(handle)：恢复挂起的任务；
- vTaskDelete(handle)：删除任务（需句柄确认目标任务）；
任务间通信 / 同步 ：作为参数传递给同步机制函数，标识 "操作目标"，如：
- xQueueSendToBack(queue, &handle, 0)：将任务句柄发送到队列，实现 "任务通知"；
- xSemaphoreGiveFromISR(sem, &xHigherPriorityTaskWoken)：在中断中释放信号量时，通过句柄判断是否需要唤醒高优先级任务；
任务状态查询 ：通过eTaskGetState(handle)获取任务当前状态（如运行、就绪、阻塞），用于调试或状态监控；项目中每个任务创建时都会保存句柄（如TaskHandle_t xAdcTaskHandle;），例如 "ADC 采集任务" 挂起 / 恢复、查询状态，均通过该句柄操作，确保精准控制目标任务。

14. 消息队列和信号量有什么区别？什么情况下用消息队列了？

FreeRTOS 中消息队列与信号量均用于 "任务间同步 / 通信"，但核心定位与用途差异显著，具体区别及消息队列的适用场景如下：

对比维度	消息队列（Message Queue）	信号量（Semaphore）
核心功能	传递 "具体数据"（如传感器采样值、指令）	传递 "事件通知"（无具体数据，仅表示 "资源可用 / 事件发生"）
数据存储	可存储多个数据元素（队列深度可配置）	仅存储 "可用计数"（二进制信号量计数 0/1，计数信号量可设 N）
操作方式	发送（xQueueSend）/ 接收（xQueueReceive）数据	释放（xSemaphoreGive）/ 获取（xSemaphoreTake）信号量
资源消耗	占用 RAM 较多（需存储数据元素）	占用 RAM 较少（仅需存储计数与控制信息）

消息队列的适用场景：当任务间需要传递 "具体数据内容" 时使用，例如：

项目中 "ADC 采集任务" 向 "数据处理任务" 传递传感器采样值（如温湿度、压力的具体数值），通过队列存储数据，确保数据不丢失；
"云平台通信任务" 向 "本地告警任务" 传递远程配置指令（如修改温湿度告警阈值的数值），通过队列传递指令参数；
多任务向同一任务发送数据（如 3 个传感器采集任务向 1 个数据上传任务发送数据），队列的 "FIFO（先进先出）" 特性可确保数据有序处理。

15. 如果两个任务间要传递一个比较大的数据，队列创建时你会把队列的元素长度给他规定的很大么？

不会直接将队列元素长度设为 "大数据尺寸"，而是通过 "传递数据指针 + 内存管理" 的方式优化，避免队列占用过多 RAM 资源，具体方案如下：

核心问题：若数据较大（如 1024 字节的视频帧数据、512 字节的历史日志），直接将队列元素长度设为 1024 字节，若队列深度为 10，则需占用 10×1024=10KB RAM，而 STM32F103 仅 20KB SRAM，会严重挤占其他任务的内存空间；
优化方案：传递数据指针 ：
- 提前在堆内存（如 FreeRTOS 的堆、或外部 Flash）中为 "大数据" 分配存储空间，获取数据的指针（如uint8_t *pBigData = pvPortMalloc(1024);）；
- 队列元素类型设为 "指针类型"（如QueueHandle_t xBigDataQueue = xQueueCreate(5, sizeof(uint8_t *));），队列仅存储 "数据指针"（4 字节，32 位 MCU），而非数据本身；
- 发送任务将数据指针写入队列（xQueueSend(xBigDataQueue, &pBigData, 0);），接收任务读取指针后，通过指针访问大数据，处理完成后释放内存（vPortFree(pBigData);）；
注意事项：需确保 "数据指针指向的内存空间在传递期间不被释放"（如发送任务分配内存，接收任务释放内存），避免野指针问题；若数据需长期保存，可将数据存入外部 Flash（如 W25Q64），队列传递 "Flash 地址 + 数据长度"，进一步减少 RAM 占用。

16. IIC 的话，主机怎么去控制对一个寄存器是读操作还是写操作？

IIC（Inter-Integrated Circuit）通过 "从机地址 + 读写控制位" 的组合，控制对从机寄存器的 "读 / 写操作"，具体流程基于 IIC 的通信时序（起始信号、地址字节、应答信号、数据字节、停止信号），以项目中 SHT30 温湿度传感器（I2C 从机）为例，步骤如下：

I2C 地址字节的结构 ：IIC 从机地址为 7 位（部分从机为 10 位，项目中 SHT30 为 7 位），第 8 位为 "读写控制位"，用于标识操作类型：
- 第 8 位 = 0：表示 "写操作"（主机向从机发送数据，如写入寄存器地址、配置参数）；
- 第 8 位 = 1：表示 "读操作"（主机从从机读取数据，如读取寄存器中的温湿度值）；
写操作流程（主机→从机，如向 SHT30 发送 "读取温湿度" 指令） ：
- 主机发送 IIC 起始信号（SDA 从高变低，SCK 为高）；
- 主机发送 SHT30 的 7 位从机地址（0x44）+ 第 8 位 = 0（写操作），即地址字节 0x44<<1 | 0 = 0x88；
- 从机发送应答信号（ACK，SDA 拉低）；
- 主机向从机发送 "读取温湿度" 的指令字节（如 0x2C、0x06），从机每次接收后发送 ACK；
- 主机发送停止信号（SDA 从低变高，SCK 为高）；
读操作流程（从机→主机，如读取 SHT30 的温湿度数据） ：
- 主机发送起始信号；
- 主机发送 SHT30 的 7 位从机地址（0x44）+ 第 8 位 = 1（读操作），即地址字节 0x44<<1 | 1 = 0x89；
- 从机发送 ACK，随后向主机发送温湿度数据字节（如先发送温度高 8 位，再发送温度低 8 位）；
- 主机接收数据后，根据是否需要继续读取，发送 ACK（继续读）或 NACK（停止读）；
- 主机发送停止信号，完成读操作；综上，主机通过 "地址字节的第 8 位" 控制读 / 写类型，再结合后续的 "数据发送 / 接收" 时序，实现对从机寄存器的精准操作。

17. F103C8T6其中的各个字段表示什么意思

ST 公司 32 位微控制器，属于 F1 系列中容量产品线（103），48 引脚（C），内置 64KB Flash（8），采用 LQFP 封装（T），工作温度 - 40℃~85℃（6）。

18. 你知道IIC的工作原理吗

IIC（Inter-Integrated Circuit，集成电路间总线）是一种同步串行通信协议，由飞利浦（NXP）开发，主要用于短距离、低速设备间的通信（如传感器、存储器、显示屏等与 MCU 的连接）。其工作原理可通过 "物理层""协议层" 和 "通信时序" 三部分拆解，具体如下：

一、物理层：两根线实现双向通信

IIC 仅需两根信号线即可实现多设备间的双向通信，核心硬件组成如下：

信号线	作用	特性
SDA（Serial Data）	串行数据线，用于传输数据	双向线，开漏输出（需上拉电阻，通常 4.7kΩ）
SCK（Serial Clock）	串行时钟线，用于同步数据传输	由主机（如 MCU）产生，控制通信速率

多设备支持：同一 IIC 总线上可连接多个主机和多个从机，通过 "从机地址" 区分不同设备（无需片选线）；
上拉电阻：SDA 和 SCK 均需外接上拉电阻到电源（如 3.3V），当总线空闲时，两根线均为高电平；设备输出低电平时将总线拉低，释放后由上拉电阻恢复高电平。

二、协议层：通信规则与数据格式

IIC 通信遵循严格的协议规则，核心包括 "地址机制""数据帧格式" 和 "应答机制"：

从机地址
- 每个 IIC 从机设备有唯一的 7 位或 10 位地址（主流为 7 位），用于主机识别目标设备；
- 主机发送数据时，首先发送 "从机地址 + 读写位"（8 位）：第 8 位为 "读写控制位"------0 表示写操作（主机→从机），1 表示读操作（从机→主机）。
数据帧格式
- 每帧数据为 8 位（1 字节），高位在前（MSB）；
- 通信时按 "起始信号→地址帧→数据帧（n 个）→停止信号" 的顺序传输。
应答机制（ACK/NACK）
- 主机发送 1 字节数据后，会释放 SDA 线，等待从机的应答信号（ACK）：
  - 从机在第 9 个时钟周期将 SDA 拉低（低电平），表示 "已接收"（ACK）；
  - 若从机未拉低 SDA（高电平），表示 "未接收"（NACK），主机可终止通信或重试；
- 读操作时，主机接收完 1 字节后，需向从机发送 ACK/NACK：ACK 表示 "继续接收"，NACK 表示 "接收结束"。

在I2C通信中，一个时钟周期被分成了两个部分：

工作时间：一个时钟周期中的高电平部分属于工作部分，此时SDA输出的电平决定了传输数据是0还是1。
休息时间：一个时钟周期中的低电平部分属于休息部分，此时SDA输出的电平是无效数据，这段时间是留给设备，来准备下一个工作时间发送数据的。

三、核心通信时序（以 "主机写数据到从机" 为例）

起始信号（S）
- 主机控制：SCK 为高电平时，SDA 从高电平跳变为低电平（下降沿），表示通信开始。
发送地址帧
- 主机通过 SDA 发送 8 位 "从机地址 + 读写位"（如写操作时为0x48），SCK 同步提供时钟；
- 从机识别到自身地址后，在第 9 个时钟周期发送 ACK（SDA 拉低）。
发送数据帧
- 主机依次发送 n 字节数据（如传感器配置参数），每发送 1 字节后，等待从机 ACK；
- 数据按字节传输，高位在前，每个 bit 对应一个 SCK 时钟脉冲。
停止信号（P）
- 主机控制：SCK 为高电平时，SDA 从低电平跳变为高电平（上升沿），表示通信结束。

四、关键特性总结

特性	说明
通信速率	标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、高速模式（3.4Mbps）
拓扑结构	多主多从，通过地址区分设备
信号完整性	开漏输出 + 上拉电阻，支持线与逻辑（多设备同时拉低时总线为低）
应用场景	近距离低速通信（如温湿度传感器、EEPROM、OLED 屏等）

例如在 "新能源材料智能监测系统" 中，STM32（主机）通过 IIC 与 SHT30 温湿度传感器（从机）通信：主机发送地址 + 写指令，传感器返回 ACK 后，主机发送 "读取温湿度" 命令，传感器再通过 IIC 将数据回传给主机，整个过程依赖上述时序和协议规则实现可靠数据传输。

19. 你知道GPIO的输入模式和输出模式吗

在 STM32 等微控制器中，GPIO（General-Purpose Input/Output，通用输入 / 输出）的输入模式和输出模式用于适配不同的外设交互场景，每种模式的电气特性和适用场景有明确差异。以下是具体分类及说明：

一、GPIO 输入模式（4 种）

输入模式下，GPIO 引脚用于 "接收外部信号"，根据是否有内部上拉 / 下拉电阻、是否支持模拟信号输入，分为 4 种：

模式名称	核心特性	适用场景
浮空输入（Floating Input）	引脚内部无上下拉电阻，电平由外部信号决定（高阻态）。	需外部电路提供确定电平的场景，如连接按键（需外部上拉 / 下拉电阻）、接收外部数字信号（如红外接收模块）。
上拉输入（Pull-Up Input）	引脚内部接弱上拉电阻（约 40kΩ），无外部信号时默认电平为高（VDD）。	外部信号为低电平有效时使用，如按键接地（按下时为低，松开时内部上拉为高），无需额外外部电阻。
下拉输入（Pull-Down Input）	引脚内部接弱下拉电阻（约 40kΩ），无外部信号时默认电平为低（GND）。	外部信号为高电平有效时使用，如检测外部高电平触发信号（如传感器输出高电平报警）。
模拟输入（Analog Input）	引脚连接到 ADC（模数转换器），用于接收模拟信号（如电压变化），内部上下拉无效。	需采集模拟量的场景，如连接 MQ135 空气质量传感器（输出 0~5V 模拟电压）、 potentiometer（电位器）。

二、GPIO 输出模式（4 种，按输出驱动方式分类）

输出模式下，GPIO 引脚用于 "输出高低电平或 PWM 信号"，根据输出驱动能力和是否支持复用功能，分为 4 种：

模式名称	核心特性	适用场景
推挽输出（Push-Pull Output）	输出级采用 N-MOS 和 P-MOS 管，高低电平均有强驱动能力（高电平输出 VDD，低电平输出 GND）。	需要强驱动能力的场景，如驱动 LED、继电器、蜂鸣器（高低电平均可有效驱动负载）。
开漏输出（Open-Drain Output）	仅 N-MOS 管有效，高电平时引脚浮空（需外部上拉电阻才能输出高电平），低电平时输出 GND。	需实现 "线与" 逻辑（多设备共享总线，如 IIC 的 SDA/SCK 线）、电平转换（通过外部上拉电阻适配 5V 设备）。
复用推挽输出（Alternate Function Push-Pull）	引脚功能复用为外设（如 UART 的 TX、SPI 的 MOSI），输出驱动方式为推挽。	外设输出信号时使用，如 UART 发送数据（TX 引脚）、TIM 定时器输出 PWM（需强驱动能力）。
复用开漏输出（Alternate Function Open-Drain）	引脚功能复用为外设，输出驱动方式为开漏（需外部上拉）。	复用为 IIC、SMBus 等总线外设时使用（如 IIC 的 SDA/SCK 引脚复用，依赖开漏特性实现多设备共享）。

三、关键区别与选型原则

输入模式 vs 输出模式：输入模式用于 "接收信号"（如读按键、传感器），输出模式用于 "发送信号"（如控制 LED、驱动外设）；
上下拉电阻：输入模式中，上拉 / 下拉用于 "无外部信号时确定引脚电平"，避免浮空导致的不确定状态；
推挽 vs 开漏：推挽输出驱动能力强（高低电平均有源驱动），开漏输出适合总线共享（需外部上拉）；
复用功能：当 GPIO 作为外设引脚（如 UART、SPI）时，需配置为 "复用输出"，由外设控制引脚电平，而非软件直接写 GPIO 寄存器。

例如在项目中：

连接按键采用 "上拉输入"（无需外部电阻，按下为低，松开为高）；
驱动 LED 采用 "推挽输出"（直接输出高低电平控制亮灭）；
IIC 的 SDA/SCK 引脚采用 "复用开漏输出"（配合外部上拉电阻实现多设备通信）；
连接模拟传感器采用 "模拟输入"（接入 ADC 采集电压）。

哈弗结构和冯诺伊曼结构的区别?

施密特触发器是什么?

讲一下I/o端口的基本结构?