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1、概念 通用输入输出口#xff1b;开发者可以根据自己的需求将其配置为输入或输出模式#xff0c;以实现与外部设备进行数据交互、控制外部设备等功能。简单来说#xff0c;GPIO 就像是计算机或微控制器与外部世界沟通的 “桥梁”。 2、工作模式
工作模式性质特…一、GPIO
1、概念 通用输入输出口开发者可以根据自己的需求将其配置为输入或输出模式以实现与外部设备进行数据交互、控制外部设备等功能。简单来说GPIO 就像是计算机或微控制器与外部世界沟通的 “桥梁”。 2、工作模式
工作模式性质特征上拉输入数字输入可读取引脚电平内部连接上拉电阻悬空时默认高电平下拉输入数字输入可读取引脚电平内部链接下拉电阻悬空时默认低电平模拟输入模拟输入GPIO无效引脚直接接入内部ADC浮空输入数字输入可读取引脚电平若引脚悬空则电平不稳定推挽输出数字输出可输出引脚电平高电平为VDD低电平接VSS开漏输出数字输出可输出引脚电平高电平为高阻态低电平接VSS复用推挽输出数字输出由片上外设控制高电平为VDD低电平接VSS复用开漏输出数字输出由片上外设控制高电平为高阻态低电平接VSS
3、外设寄存器
外设寄存器功能模式选择GPIOx_MODERGPIO端口模式寄存器用于配置 GPIO 引脚的工作模式每个 GPIO 引脚对应 2 位通过设置这 2 位的值可以将引脚配置为不同的模式。 00输入模式01通用输出模式10复用功能模式11模拟模式。 GPIOx_OTYPERGPIO端口输出类寄存器当 GPIO 引脚配置为输出模式通用输出或复用功能输出时该寄存器用于选择输出类型即推挽输出或开漏输出。每个 GPIO 引脚对应 1 位。0推挽输出1开漏输出。GPIOx_OSPEEDRGPIO端口输出速度寄存器用于配置 GPIO 引脚的输出速度每个 GPIO 引脚对应 2 位。输出速度影响引脚的信号上升和下降时间不同的速度适用于不同的应用场景。00低速01中速10高速11超高速。GPIOx_PUPDRGPIO端口上拉/下拉用于配置 GPIO 引脚的上拉或下拉电阻每个 GPIO 引脚对应 2 位。上拉或下拉电阻可以确保引脚在没有外部信号输入时保持稳定的电平状态。00无上下拉01上拉10下拉11保留。GPIOx_IDRGPIO端口输入数据寄存器用于读取 GPIO 引脚的输入电平状态。该寄存器是只读的每个引脚对应 1 位读取相应的位可以获取该引脚当前的电平高电平或低电平。无GPIOx_ODRGPIO端口输出数据寄存器用于设置 GPIO 引脚的输出电平状态。当 GPIO 引脚配置为输出模式时向该寄存器的相应位写入 0 或 1 可以将引脚设置为低电平或高电平。无GPIOx_BSRRGPIO端口置位/复位寄存器用于原子性地设置或清除 GPIO 引脚的输出电平。该寄存器分为两部分低 16 位用于置位将引脚设置为高电平高 16 位用于复位将引脚设置为低电平。无GPIOx_BRRGPIO端口复位寄存器专门用于将 GPIO 引脚的输出电平复位设置为低电平。该寄存器的每一位对应一个 GPIO 引脚向相应的位写入 1 可以将对应的引脚设置为低电平。无
二、TIM
1、概念 定时器是一种能够对时间进行奇数的硬件设备。它可以按照预设的规则对时钟信号进行计数当计数值达到设定的阈值时会触发相应的事件如产生中断、输出特定的信号等。通过对定时器的配置和使用开发者可以实现精确的时间控制满足各种不同的应用需求。 2、工作原理 定时器的核心是一个计数器它会在时钟信号的驱动下进行计数操作。时钟信号可以来自于内部时钟源如系统时钟也可以来自外部时钟源。计数器从初始值开始每接收到一个时钟脉冲计数值就会加1或减1具体取决于定时器的工作模式。当计数值达到预设的自动重载函数值时计数器会产生溢出事件根据定时器的配置可能会触发中断、更新输出信号等。 计数模式①递增计数模式②递减计数模式③中心对齐模式。 内部工作框图
3、PWM脉冲宽度调剂 1、概念 PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过定时器产生一系列脉冲信号这些脉冲信号的频率通常保持不变但是脉冲的宽度即高电平持续的时间可以根据需要进行调整。通过改变脉冲的宽度可以等效地控制输出信号的平均电平从而实现对一些设备的模拟控制。 2、工作原理 定时器是产生PWM信号的核心部件。定时器内部有一个计数器它会在时钟信号的驱动下不断计数。同时还有一个比较寄存器用于存储一个比较值。当计数器的值小于比较值时定时器输出高电平当计数器的值大于比较值时定时器输出低电平。计数器计数到自动重装载值后会重新归零开始下一个计数周期。通过改变比较寄存器的值就可以更改脉冲的宽度。 3、关键参数 周期 pwm信号完成一个完整的脉冲循环所需的时间它决定了pwm信号的频率。周期的倒数就是频率。在定时器中周期通常由自动重装载值和时钟频率共同决定。 占空比 指的是脉冲信号中高电平持续时间与整个周期的比值通常用百分比表示。通过改变占空比可以控制pwm信号的平均电平。 4、外设寄存器
外设寄存器功能具体功能位及其作用TIMx_CR1定时器控制寄存器1 该寄存器用于对定时器的基本工作模式和运行状态进行配置和控制。 计数器使能位当该位置为 1 时定时器计数器开始计数置为 0 时计数器停止计数。计数器方向位用于设置计数器的计数方向0 表示向上计数从 0 开始递增到自动重装载值1 表示向下计数从自动重装载值开始递减到 0。自动重装载预装载使能位若该位置 1自动重装载寄存器TIMx_ARR的值会在更新事件发生时才被传送到影子寄存器置 0 时TIMx_ARR 的值会立即生效单位脉冲模式位置 1 时定时器在发生一次更新事件后停止计数常用于只需要单次定时操作的场景。TIMx_CCMR1定时器捕获/比较模式寄存器主要用于配置定时器的捕获 / 比较通道 1 和通道 2 的工作模式包括输入捕获模式和输出比较模式。模式选择位用于选择通道 1 或通道 2 的输出比较模式例如 PWM 模式 1、PWM 模式 2 等。不同的模式决定了计数器值与比较值的比较方式以及输出引脚的电平变化规则。输入捕获预分频器位在输入捕获模式下用于设置输入信号的预分频系数以减少捕获不必要的信号边沿提高捕获精度。输出比较预装载使能位置 1 时比较寄存器的值会在更新事件发生时才被传送到影子寄存器置 0 时比较寄存器的值会立即生效。TIMx_CCER定时器捕获/比较使能寄存器该寄存器用于控制定时器捕获 / 比较通道的使能和极性。捕获/比较使能位用于使能相应的捕获 / 比较通道。例如CC1E 置 1 时通道 1 的捕获或比较功能被使能置 0 时功能被禁用。捕获/比较极性位用于设置捕获 / 比较通道的输入或输出极性。例如在输入捕获模式下该位决定是捕获上升沿还是下降沿在输出比较模式下决定输出信号的初始电平。TIMx_PSC定时器预分频器寄存器用于设置定时器时钟的预分频系数从而调整定时器计数器的计数频率。定时器的时钟源通常具有较高的频率通过设置预分频器可以将时钟频率降低到合适的范围以满足不同的定时需求。例如若预分频系数设置为 10则计数器每接收到 10 个时钟脉冲才会加 1。TIMx_ARR定时器自动重装载寄存器存储定时器计数器的自动重装载值。当计数器的值达到该寄存器存储的值时会产生更新事件计数器可能会重新归零取决于计数方向和配置。自动重装载值与预分频系数共同决定了定时器的定时周期。通过改变自动重装载值可以调整定时器的定时时间。TIMx_CCR1定时器捕获/比较寄存器1在输入捕获模式下该寄存器用于存储捕获到的计数器值在输出比较模式下用于存储与计数器值进行比较的值。输入捕获模式当定时器检测到指定的输入信号边沿上升沿或下降沿时会将当前计数器的值捕获到 TIMx_CCR1 中通过分析这些捕获值可以测量输入信号的周期、脉宽等参数。输出比较模式计数器的值会不断与 TIMx_CCR1 中的值进行比较当两者相等时会根据配置产生相应的输出动作如改变输出引脚的电平状态常用于产生 PWM 信号等。
5、看门狗定时器 1、概念工作原理 它会在系统正常运行时按照一定的时间间隔进行计数。在系统运行过程中程序需要定期对看门狗定时器进行 “喂狗” 操作即重置定时器的计数值。如果由于某种原因如程序跑飞、硬件故障等导致系统未能及时 “喂狗”看门狗定时器就会溢出进而触发一个复位信号使系统重新启动以恢复到正常的工作状态。 2、设置看门狗的步骤 ①确定看门狗的时钟频率 ②对时钟频率进行分频 ③给看门狗一个看门阈值 ④主程序中正常喂狗 三、IIC
1、概述 iic是一种同步串行通信协议有Philips现为NXP开发广泛用于低速、短距离的多设备通信。iic允许多个设备包括多个主设备和从设备共享2根线路数据线SDA和时钟线SCL。 2、工作原理 由主设备控制时钟线SCL通过数据线SDA与多个从设备通信。每个设备由唯一的地址主设备通过设备地址选择要通信的设备。 3、应用场景 传感器、EEPROM、RTC实时时钟、显示屏等。 4、iic的信号 起始信号SCL为高电平期间SDA由高电平向低电平变化。 终止信号SCL为高电平期间SDA由低电平向高电平变化。 应答信号接收方接收到数据后还可以进行下一次8bit数据的接收。 非应答信号接收方接收到数据后不可以进行下一次8bit数据的接收 数据接收和发送信号。 5、主机和从机通信过程分析
①主机给从机发送数据 ②主机从从机读取数据 四、SPI
1、概述 spi是一种同步串行通信协议用于主从设备之间的高速数据传输。spi是全双工通信意味着数据可以同时在两个方向上传输。它使用四根信号线时钟线SCK、主设备输入从设备输出线MISO、主设备输出从设备输入线MOSI和片选线SS来进行通信。 2、工作原理 主设备提供时钟信号SCK通过数据线MISO和MOSI与从设备进行双向数据传输。每个从设备需要一个单独的片选信号SS来进行通信。 3、应用场景 存储设备如Flash、SD卡、显示屏、传感器、音频解码器等。 4、硬件连接方式
①基本的连接方式四线
当一个SPI主机和多个从机进行通信时会通过片选线 选择和哪一个从机进行通信。 ② 三线连接
当单主机单从机进行SPI通信时不需要片选线选择和哪一个从机进行通信所以在进行连接时只需SCK\MOSI\MISO三根线就可以完成通信。 5、时序分析 spi主从机通信需要通过两个时钟特性进行约定 1、时钟极性CPOL空闲状态下时钟线电平的高低 时钟极性为1空闲状态下时钟线保持高电平 时钟极性为0空闲状态下时钟线保持低电平。 2、时钟相位CPHA通信进行数据采样数据读取在时钟前沿还是时钟后沿 时钟相位1在时钟后沿进行数据采样在时钟前沿进行数据输出 时钟相位1在时钟前沿进行数据采样在时钟后沿进行数据输出。 五、UART
1、概述 uart一种异步串行通信协议用于在两个设备之间传输数据。它将数据按位发送不需要时钟信号进行同步。在uart通信中数据通过两根线路传输发送线TX和接收线RX。它主要用于简单的点对点通信。 2、工作原理 数据被拆分成多个数据位并通过串行方式一个接一个地发送接收方根据预定的波特率解析数据。 3、应用场景 常见于调试接口、串口通信、GPS模块、蓝牙、WIFI模块等。 4、数据帧格式 异步通信双方各自使用自己的时钟信号进行数据传输由于双方的始终不一样就算提前约定好了波特率随着传输数据量的增加双方数据收发就会累计一定的误差所以为了避免这个误差我们需要对传输收发的数据进行约定规范好收发的格式来消除误差。 空闲位当不进行数据收发时数据线处于高电平状态 起始位1bit低电平一帧数据传输的开始 数据位5-8bit数据位传输的数据 校验位1bit可有可无 奇校验一帧数据传输后保证数据位和校验位1的个数是一个奇数 偶校验一帧数据传输后保证数据位和校验位1的个数是一个偶数。 停止位1-2bit高电平一帧数据结束的标志 六、三种总线对比
1、总线 总线连接多个部件的信息传输线是各部件共享的传输介质 2、总线类型 片内总线连接处理器内核和外设的总线在芯片内部。 片外总线连接芯片和其他芯片或者模块的总线。 3、模块之间进行总线通信的方式
①串行通信和并行同行 串行通信 指的是同一时刻只能收或发一个bit位信息因此只用一根信号线即可。 优点占用的引脚资源少。 缺点速度相对较慢。 并行通信 指的是同一时刻可以收或发多个bit位信息因此需要多跟信号线才行。 优点速度快。 缺点占用引脚资源多。 ②单工、半双工、全双工通信 单工 要么收要么发只能做接收设备或发送设备。 半双工 可以收可以发但不能同时收发通信双方只有同一个信道。 全双工 可以在同一时刻接收和发送。 ③同步通信与异步通信 1、同步通信 同步通信是一种在数据传输过程中发送方和接收方使用同一个时钟源或通过特定的同步机制来保证双方时钟严格同步的通信方式。在这种方式下发送方和接收方的时钟信号频率和相位保持一致从而使数据能够在准确的时间被发送和接收。 优点 传输效率高数据传输速率快。 缺点 硬件成本高对时钟精度要求高。 2、异步通信 异步通信是一种发送方和接收方不需要使用同一个时钟源而是通过在数据中添加起始位、停止位等控制信息来实现数据传输同步的通信方式。 优点 硬件简单灵活性高。 缺点 传输效率低数据传输效率慢。 4、总结对比
