STM32基础

STM32基础入门

GPIO

1. 功能概述

GPIO是STM32中最基本的外设，用于控制引脚的电平（输出）或读取引脚状态（输入）。

每个GPIO引脚可独立配置为9种模式之一

输入一般都是用来检测外部信号的，推挽模式和开漏模式也属于输出模式的其中一种，这两个又叫复用推挽和复用开漏，就是STM32芯片引脚上不仅写了PB10，还写了别的东西。

模式	功能
浮空输入	不接上拉电阻，也不接下拉电阻，完全处于浮空状态，无信号输入时引脚状态不确定。用来检测微弱信号的变化。
上拉输入	内接上拉电阻，无外接信号时引脚为默认高电平。用来检测外部信号变为低电平（下降沿触发中断）。
下拉输入	内接下拉电阻，无外接信号时引脚为默认低电平。用来检测外部信号变为高电平（上升沿触发中断）。
模拟输入	用于接收模拟信号，要与ADC配合使用。用来测量模拟信号的变化。
推挽输出	可以输出高电平和低电平。不能使用总线。
模拟输出	输出模拟信号，与ADC配合使用。
开漏输出	只能输出低电平和高阻态，输出高电平时要外接上拉电阻。
推挽模式	具有推挽输出的特性，可用于将GPIO引脚用作特定外设的功能。如USART。
开漏模式	具有开漏输出的特性，可用于将GPIO引脚用作特定外设的功能。如I2C总线通信。

2. GPIO寄存器

2个配置寄存器（GPIOx_CRL、GPIOx_CRH）：每一组GPIO都有16个引脚，0-7号引脚在CRL中，8-15号引脚在CRH中。
2个数据寄存器（GPIOx_IDR、GPIOx_ODR）
置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR）、复位寄存器（GPIOx_BRR）、锁定寄存器（GPIOx_LCKR）

3. 寄存器开发流程

开启GPIO时钟（RCC_APB2ENR）
配置GPIO模式（CRL/CRH）
业务逻辑，比如点亮一个灯：输出数据（ODR）

// created by lwpigking
#include "stm32f10x.h"
int main(void) {
	// 1.时钟配置
	RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
	// 2.GPIO工作模式的配置
	GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF0; // CNF: 00(推挽输出模式)
	GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE0; // MODE: 11(输出模式，最大速度50MHZ)
	// 3.输出低电平 
	GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR0; // PA0引脚输出低电平
	while(1) {}
}

详解：->是用于访问指向结构体的指针所指向的成员。stm32的源码中对于各个寄存器都有宏定义，比如GPIO_ODR_ODR0，通过|=可以将某一位置1（1|x=1, 0|x得看x），通过&=_{可以将某一位置0（}1=0，0&x=0，1&x得看x）。

4. 实际应用

输出模式：驱动LED、继电器、蜂鸣器、电机驱动等。
输入模式：读取按键、开关状态、外部传感器信号。
复用模式：用于USART、I2C、SPI等外设的引脚功能。

中断系统

1. 功能概述

NVIC：嵌套向量中断控制器，管理所有中断的优先级和使能。
EXTI：支持外部/事件控制器，用于响应GPIO引脚上的边沿信号（上升沿、下降沿）。
支持中断嵌套，优先级分为抢占优先级和响应优先级。

2. EXTI寄存器

3.寄存器开发流程

开启GPIO和AFIO时钟
配置GPIO为输入模式
配置AFIO_EXTICR，选择中断引脚
配置EXTI触发方式（上升沿/下降沿）
使能EXTI中断线
配置NVIC优先级并使能中断
编写中断服务函数（ISR），并清除中断标志

#include "key.h"

void Key_Init() {
    // 1. 配置时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPFEN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;

    // 2. GPIO工作模式配置 PF10:CNF - 10  MODE - 00
    GPIOF->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10;
    GPIOF->CRH |= GPIO_CRH_CNF10_1;
    GPIOF->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF10_0;
    GPIOF->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR10;

    // 3. AFIO配置引脚复用选择
    AFIO->EXTICR[2] |= AFIO_EXTICR3_EXTI10_PF;

    // 4. 配置EXTI
    EXTI->RTSR |= EXTI_RTSR_TR10; // 上升沿触发
    EXTI->IMR |= EXTI_IMR_MR10; // 开放中断请求

    // 5.配置NVIC
    NVIC_SetPriorityGrouping(3); // 全部都是抢占优先级
    NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 3);
    NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);

}

// 中断服务程序
void EXTI15_10_IRQHandler(void) {
    // 先清除中断挂起标志位
    EXTI->PR |= EXTI_PR_PR10;

    // 延时防抖
    Delay_ms(10);

    // 判断如果依然保持高电平，就反转LED1的状态
    if ((GPIOF->IDR & GPIO_IDR_IDR10) != 0) {
        LED_Toggle(LED1);
    }
    
}

4.实际应用

按键检测、紧急停止、外部传感器触发
实时响应外部时间，避免轮询浪费CPU资源

USART

1. 功能概述

用于异步串行通信，常用波特率：9600、115200
支持全双工、半双工、单工模式
可配置数据位、停止位、校验位

2. USART寄存器

1. 状态寄存器 (USART_SR) - `USART1->SR`

这是一个只读寄存器（某些位可由特定操作清除），用于反映 USART 的当前状态。在发送或接收数据前，必须查询这个寄存器的相应位。

名称	功能描述
TXE	发送数据寄存器空 (Transmit data register empty) - 0: 数据尚未从 TDR 转移到移位寄存器，未准备好发送新数据 - 1: TDR 寄存器为空，可以写入新的待发送数据（发送时查询此位）
TC	发送完成 (Transmission Complete) - 0: 发送尚未完成 - 1: 发送已完成（包括停止位）（可通过软件序列或读 SR 写 DR 清除）
RXNE	接收数据寄存器非空 (Read data register not empty) - 0: 未收到数据或数据未读走 - 1: 接收到的数据已存在于 RDR 中，可以读取（接收时查询此位，通过读 `USART1->DR` 清除）
IDLE	空闲总线检测 (IDLE line detected) - 0: 未检测到空闲总线 - 1: 检测到空闲总线（收到一帧完整数据后，总线持续高电平）（通过读 SR 再读 DR 清除）
PE	奇偶校验错误 (Parity error) - 0: 无奇偶校验错误 - 1: 检测到奇偶校验错误

最常用的位是 TXE (发送) 和 RXNE (接收)。

2. 数据寄存器 (USART_DR) - `USART1->DR`

这是一个可读可写的寄存器，但它对应两个不同的物理寄存器：

当您向该寄存器写数据时，实际上是写入发送数据寄存器 (TDR)。
当您从该寄存器读数据时，实际上是从接收数据寄存器 (RDR) 读取。

功能
包含要发送或刚接收到的数据。数据的有效位数取决于 USART_CR1 中的 `M` 位（8位或9位）。

操作：

发送：USART1->DR = Data;
接收：Data = USART1->DR;

3. 波特率寄存器 (USART_BRR) - `USART1->BRR`

用于设置 USART 的通信波特率。

计算公式：
波特率 = fCK / (16 * USARTDIV)
其中 USARTDIV 是一个无符号定点数，存储在 USART_BRR 寄存器中。

名称	功能
DIV_Mantissa[11:0]	USARTDIV 的整数部分
DIV_Fraction[3:0]	USARTDIV 的小数部分

如何计算并设置？
例如，系统时钟 fCK = 72MHz，目标波特率 BaudRate = 115200。

计算 USARTDIV： USARTDIV = 72MHz / (16 * 115200) = 39.0625
分离整数和小数部分：
- DIV_Mantissa = integer(39.0625) = 39 = 0x27
- DIV_Fraction = fractional(0.0625) * 16 = 1 = 0x1
组合： USART1->BRR = (39 << 4) | 1; 即 0x0271。

4. 控制寄存器 1 (USART_CR1) - `USART1->CR1`

这是最重要的控制寄存器，用于使能 USART 和其主要功能。

名称	功能描述
UE	USART 使能 (USART enable) - 0: 禁用 USART - 1: 使能 USART （必须置1）
M	字长 (Word length) - 0: 1 起始位，8 数据位，n 停止位 - 1: 1 起始位，9 数据位，n 停止位
PCE	奇偶校验控制使能 (Parity control enable) - 0: 禁止奇偶校验 - 1: 使能奇偶校验
PS	奇偶校验选择 (Parity selection) - 0: 偶校验 - 1: 奇校验（需 `PCE=1`）
PEIE	PE 中断使能 (PE interrupt enable)
TXEIE	TXE 中断使能 (TXE interrupt enable)
TCIE	TC 中断使能 (TC interrupt enable)
RXNEIE	RXNE 中断使能 (RXNEIE interrupt enable)
TE	发送器使能 (Transmitter enable) - 1: 使能发送功能（发送必须置1）
RE	接收器使能 (Receiver enable) - 1: 使能接收功能（接收必须置1）

最基本配置： UE | TE | RE （使能USART、发送器、接收器）

3. 寄存器开发流程

开启USART和GPIO时钟
配置GPIO位复用推挽输出（TX）和浮空输入（RX）
配置波特率（BRR）
配置数据帧格式（数据位、停止位、校验位）
使能USART和发送/接收器
发送/接收数据（轮询方式或中断方式）

#include "usart.h"

void USART_Init(void) {
    // 1. 配置时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

    // 2. GPIO工作模式 
    // PA9(复用推挽输出)CNF:10 MODE:11
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1;
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9_0;
    // PA10(浮空输入) MODE:00 CNF:01
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10;
    GPIOA->CRH &= ~ GPIO_CRH_CNF10_1;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF10_0;

    // 3. 串口配置
    USART1->BRR = 0x271; // 波特率 115200
    USART1->CR1 |= USART_CR1_TE; // 接收使能
    USART1->CR1 |= USART_CR1_RE; // 发送使能
    USART1->CR1 |= USART_CR1_UE; // USART使能
    // 其他配置默认即可

}

void USART_SendChar(uint8_t ch) {
    // 判断SR里TXE是否为空
    while((USART1->SR & USART_SR_TXE) == 0) {}
    // 向DR写入新的数据
    USART1->DR = ch;
}

uint8_t USART_ReceiveChar(void) {
    while((USART1->SR & USART_SR_RXNE) == 0) {
        // 判断空闲帧
        if (USART1->SR & USART_SR_IDLE) {
            return 0;
        }
    }
    // 读取已经接收到的数据，等待接收下一个数据
    return USART1->DR;
}

void USART_SendString(uint8_t *str, uint8_t size) {
    for (uint8_t i = 0; i < size; i++) {
        USART_SendChar(str[i]);
    }
}

void USART_ReceiveString(uint8_t buffer[], uint8_t *size) {
    // 定义一个变量，用来保存已经接收到的字符个数
    uint8_t i = 0;
    while((USART1->SR & USART_SR_IDLE) == 0) {
        buffer[i] = USART_ReceiveChar();
        i++;
    }
    // 清除IDLE
    // USART1->SR;
    USART1->DR;
    *size = i-1;
}

uint8_t buffer[100] = {0};
uint8_t size = 0;

int main(void) {
    USART_Init();
    while(1) {
        USART_ReceiveString(buffer, &size);
        USART_SendString(buffer, size);
    }
}

#include "usart.h"

void USART_Init(void) {
    // 1. 配置时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

    // 2. GPIO工作模式 
    // PA9(复用推挽输出)CNF:10 MODE:11
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1;
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9_0;
    // PA10(浮空输入) MODE:00 CNF:01
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10;
    GPIOA->CRH &= ~ GPIO_CRH_CNF10_1;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF10_0;

    // 3. 串口配置
    USART1->BRR = 0x271; // 波特率 115200
    USART1->CR1 |= USART_CR1_TE; // 接收使能
    USART1->CR1 |= USART_CR1_RE; // 发送使能
    USART1->CR1 |= USART_CR1_UE; // USART使能

    // 4. 开启中断使能
    USART1->CR1 |= USART_CR1_IDLEIE;
    USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE;

    // NVIC
    NVIC_SetPriorityGrouping(3);
    NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3);
    NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
}

void USART_SendChar(uint8_t ch) {
    // 判断SR里TXE是否为空
    while((USART1->SR & USART_SR_TXE) == 0) {}
    // 向DR写入新的数据
    USART1->DR = ch;
}

void USART_SendString(uint8_t *str, uint8_t size) {
    for (uint8_t i = 0; i < size; i++) {
        USART_SendChar(str[i]);
    }
}

void USART1_IRQHandler(void) {
    // 判断中断类型
    if (USART1->SR & USART_SR_RXNE) { // 接收完成一个字符
        buffer[size] = USART1->DR;
        size++;
    } else if (USART1->SR & USART_SR_IDLE) { // 字符串整体接收完成
        // 清除IDLE标志位
        USART1->DR;
        // 直接发送字符串到电脑
        // USART_SendString(buffer, size);

        // 清除size
        // size = 0;
        isOver = 1;
    }
}

uint8_t buffer[100] = {0};
uint8_t size = 0;
uint8_t isOver = 0;

int main(void) {
	USART_Init();
	while(1) {
		if (isOver)
		{
			USART_SendString(buffer, size);
			isOver = 0;
			size = 0;
		}	
	}
}

4. 实际应用

打印调试信息 (printf)：最常用的功能，重定向 printf 到 USART，方便监控程序状态和变量值。
与上位机通信：与 PC 软件（如串口助手、自定义的上位机）进行数据交换，发送传感器数据，接收控制命令。
模块控制：与 GPS、蓝牙 (HC-05/06)、Wi-Fi (ESP8266/ESP32)、GSM 等模块进行 AT 指令通信。
嵌入式系统间通信：两个 MCU 之间进行简单的数据交换。
工业控制：支持 Modbus RTU 等工业串行协议，与 PLC、变频器等设备通信。

I2C

1. I2C协议回顾

I2C (Inter-Integrated Circuit) 是一种同步、半双工、串行的通信总线，I2C需要两根线，分别是SDA(Serial Data)数据线和SCL(Serial Clock)时钟线。SCL（只有主设备控制）用于控制时钟信号，设备在其每个上升沿读取SDA信号线上的电平。

关键特性：

多主多从：总线上可以连接多个主设备和从设备。
地址寻址：每个从设备都有一个唯一的 7 位或 10 位地址。
低速通信：标准模式 (100 kbps)，快速模式 (400 kbps)，高速模式 (3.4 Mbps)。
上拉电阻：设备空闲时，输出高阻态，当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

基本信号：

起始条件 (S)：SCL 为高电平时，SDA 从高到低的跳变。（先拉高SCL，准备好SDA从1到0即为START）
停止条件 (P)：SCL 为高电平时，SDA 从低到高的跳变。（先拉高SCL，准备好SDA从0到1即为STOP）
从机地址与读写位：第一个字节的前7位组成了从机地址。第8位代表主机读（高电平）或主机写（低电平），它决定了后续数据的发送方和接收方。
数据有效性：在 SCL 高电平期间，SDA 必须保持稳定。数据只能在 SCL 低电平时改变。
应答 (ACK)：发送方（可以是主或从）发送完 8 位数据后，接收方需要将 SDA 拉低，表示应答。（先拉低SDA，拉低的时候SCL要保持低电平，再拉高SCL）
非应答 (NACK)：SDA 保持高电平，表示非应答。（先拉高SDA，再拉高SCL）

2. 软件模拟I2C

#define ACK 0
#define NACK 1

// STM32控制SCL和SDA的输出高低电平
#define SCL_HIGH (GPIOB->ODR |= GPIO_ODR_ODR10)
#define SCL_LOW (GPIOB->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR10)
#define SDA_HIGH (GPIOB->ODR |= GPIO_ODR_ODR11)
#define SDA_LOW (GPIOB->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR11)

// STM32从EEPROM中读取，STM32作为从设备
#define READ_SDA (GPIOB->IDR & GPIO_IDR_IDR11)

// 基本延迟
#define I2C_DELAY Delay_us(10)

void I2C_Init(void) {
    // 1.配置时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;
    // 2.工作模式：通用开漏输出
    GPIOB->CRH |= (GPIO_CRH_MODE10 | GPIO_CRH_MODE11);
    GPIOB->CRH &= ~(GPIO_CRH_CNF10_1 | GPIO_CRH_CNF11_1);
    GPIOB->CRH |= (GPIO_CRH_CNF10_0 | GPIO_CRH_CNF11_0);
}

void I2C_Start(void) {
    // SCL先拉高保持不变，SDA从高电平到低电平
    SCL_HIGH;
    SDA_HIGH;
    I2C_DELAY; // SDA拉高保持一段时间
    SDA_LOW;
    I2C_DELAY; // SDA拉低保持一段时间
}

void I2C_Stop(void) {
    // SCL先拉高保持不变，SDA从低电平到高电平
    SCL_HIGH;
    SDA_LOW;
    I2C_DELAY; // SDA拉低保持一段时间
    SDA_HIGH;
    I2C_DELAY; // SDA拉高保持一段时间
}

void I2C_Ack(void) {
    // SCL先拉低，SDA拉高，做好准备
    SCL_LOW;
    SDA_HIGH;
    I2C_DELAY;
    // SDA拉低，保持不变，SCL拉高开始采样SDA
    SDA_LOW;
    I2C_DELAY;
    SCL_HIGH;
    I2C_DELAY;
    // 采样结束，SDA不变，SCL拉低
    SCL_LOW;
    I2C_DELAY;
    // SDA拉高，释放数据总线
    SDA_HIGH;
    I2C_DELAY;
}

void I2C_Nack(void) {
    SCL_LOW;
    SDA_HIGH;
    I2C_DELAY;

    SCL_HIGH;
    I2C_DELAY;
    
    SCL_LOW;
    I2C_DELAY;
}

uint8_t I2C_Wait4Ack(void) {
    // SCL拉低，SDA拉高，释放数据总线
    SCL_LOW;
    SDA_HIGH;
    I2C_DELAY;
    // 拉高SCL，开始数据采样
    SCL_HIGH;
    I2C_DELAY;
    // 读取SDA数据线上的电平
    uint16_t ack = READ_SDA;
    // 拉低SCL结束采样
    SCL_LOW;
    I2C_DELAY;
    return ack ? NACK : ACK;
}

void I2C_SendByte(uint8_t byte) {
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        // SCL为低时不进行采样，此时SDA可以根据byte的数据进行一位位的传输（SDA根据byte进行翻转）
        // SCL、SDA拉低，等待数据翻转
        SCL_LOW;
        SDA_LOW;       
        I2C_DELAY;
        // 字节最高位，向SDA写入数据
        // 该位为1就拉高SDA，为0就拉低SDA
        if (byte & 0x80) {
            SDA_HIGH;
        } else {
            SDA_LOW;
        }
        I2C_DELAY;

        // 翻转完毕，准备拉高SCL进行采样
        SCL_HIGH;
        I2C_DELAY;
        // SCL拉低，采样结束
        SCL_LOW;
        I2C_DELAY;

        byte <<= 1; // 继续采样byte的下一位
    }
}

// 主机从从设备接受一个字节的数据，数据总线不归主设备管
uint8_t I2C_ReadByte(void) {
    uint8_t data = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        // 拉低SCL，等待数据翻转
        SCL_LOW;
        I2C_DELAY;

        // 拉高SCL，采样
        SCL_HIGH;
        I2C_DELAY;

        data <<= 1; // 先左移，新存入的位永远在最低位
        // 开始读数据
        if (READ_SDA) {
            data |= 0x01; // 先存入最低位，然后每次都左移1位
        } 
        
        // 拉低SCL，结束采样
        SCL_LOW;
        I2C_DELAY;
    }

    return data;
    
}

3. I2C寄存器

1. 控制寄存器 1 (I2C_CR1) - `I2C1->CR1`

用于配置 I2C 的基本模式和使能。

名称	功能描述
SWRST	软件复位。1：I2C 处于复位状态。0：I2C 正常工作。（可用于调试，强制复位 I2C 外设）
SMBus	SMBus 模式选择。0：I2C 模式。1：SMBus 模式。
SMBTYPE	SMBus 类型。
ENARP	SMBus ARP 使能。
ENPEC	PEC 计算使能。
ENGC	广播呼叫使能。
NOSTRETCH	时钟延展禁止。主模式时，如果希望 Slave 的忙状态不会拉低 SCL（即不允许时钟延展），则置 1。从模式时必须为 0。
ALERT	SMBus 提醒。
ACK	应答使能。至关重要！ - 1：在接收模式下，发出 ACK 脉冲（收到一个字节后拉低 SDA）。 - 0：发出 NACK 脉冲（收到一个字节后不拉低 SDA）。（接收最后一个字节前，应置 0）
STOP	产生停止条件。写 1 产生停止条件。该位由硬件自动清除。
START	产生起始条件。写 1 产生起始条件。该位由硬件自动清除。
PE	外设使能。0：禁用 I2C。1：使能 I2C。（必须在其他配置完成后最后开启）

2. 控制寄存器 2 (I2C_CR2) - `I2C1->CR2`

用于配置中断和时钟控制。

名称	功能描述
ITERREN	错误中断使能。
ITEVTEN	事件中断使能。
ITBUFEN	缓冲区中断使能。
FREQ[5:0]	设置 I2C 外设的输入时钟频率 (MHz)。必须正确设置！例如，如果 I2C 挂载在 APB1 上 (PCLK1 = 36MHz)，则 `FREQ` 应设置为 `36` (`0b100100`)。

3. 自身地址寄存器 (I2C_OAR1/OAR2) - `I2C1->OAR1`

用于设置 STM32 作为从设备时的地址。主模式通常不需要配置。

4. 数据寄存器 (I2C_DR) - `I2C1->DR`

用于存放要发送或刚接收到的数据。

功能
包含要发送或刚接收到的数据。

操作：

发送：I2C1->DR = Data;
接收：Data = I2C1->DR;

5. 状态寄存器 1 (I2C_SR1) - `I2C1->SR1`

这是最重要的状态寄存器！ 它包含了许多标志位，用于指示 I2C 总线的当前状态。很多位通过读 SR1 寄存器，然后进行特定操作（读/写 DR）来清除。

名称	功能描述
TIMEOUT	超时错误。
OVR	溢出/不足错误。
AF	应答失败 (Acknowledge Failure)。当发送方没有收到 ACK 时置 1。通过写 0 清除。
ARLO	仲裁丢失错误。
BERR	总线错误。
TxE	数据寄存器空 (Transmit empty)。发送时查询此位。1：DR 为空，可以写入下一个数据。
RxNE	数据寄存器非空 (Receive not empty)。接收时查询此位。1：DR 中有数据，可以读取。
BTF	字节传输完成 (Byte transfer finished)。1：一个字节已完全发送/接收。（常用于判断传输结束）
ADDR	地址已发送 (Address sent)。（主模式）或地址匹配 (Address matched)。（从模式）该位通过读 SR1 -> 读 SR2 的序列清除。
SB	起始位已发送 (Start bit)。（主模式）该位通过读 SR1 -> 写 DR 的序列清除。

6. 状态寄存器 2 (I2C_SR2) - `I2C1->SR2`

提供一些额外状态信息，通常与 SR1 配合使用。

名称	功能描述
MSL	主/从模式。1：处于主模式。
TRA	发送器/接收器。1：处于发送模式。0：处于接收模式。

7. 时钟控制寄存器 (I2C_CCR) - `I2C1->CCR`

用于设置 I2C 的通信速率（SCL 频率）。

名称	功能描述
F/S	模式选择。0：标准模式 (≤100 kHz)。1：快速模式 (≤400 kHz)。
DUTY	快速模式下的占空比（仅当 F/S=1 时有效）。0：Tlow/Thigh = 2。1：Tlow/Thigh = 16/9。
CCR[11:0]	时钟控制分频值。计算公式至关重要！标准模式： `CCR = PCLK1 / (2 * I2C_Speed)` 快速模式 (DUTY=0)： `CCR = PCLK1 / (3 * I2C_Speed)` 快速模式 (DUTY=1)： `CCR = PCLK1 / (25 * I2C_Speed)` 结果必须大于 4，且为整数。

8. 上升时间寄存器 (I2C_TRISE) - `I2C1->TRISE`

用于设置 SCL 上升时间，必须根据时钟模式和 PCLK1 频率配置。

功能
TRISE[5:0]	设置最大上升时间 (ns)。计算公式： `TRISE = (PCLK1_MHz + 1)` 例如，PCLK1 = 36MHz，则 `TRISE = 36 + 1 = 37` (`0x25`)。

4. 寄存器开发流程

开启时钟和配置GPIO
配置I2C寄存器
编写底层驱动函数

#include "i2c.h"

#define OK 0
#define FAIL 1

void I2C_Init(void) {
    // 1.配置时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;  // 72MHZ
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C2EN; // 36MHZ

    // 2.工作模式：复用开漏输出
    GPIOB->CRH |= (GPIO_CRH_MODE10 | GPIO_CRH_MODE11 | GPIO_CRH_CNF10 | GPIO_CRH_CNF11);

    // 3.I2C2配置
    I2C2->CR1 &= ~I2C_CR1_SMBUS; // 开启I2C模式
    I2C2->CCR &= ~I2C_CCR_FS; // 标准模式：100KHZ
    I2C2->CR2 |= 36; // 36MHZ
    I2C2->CCR |= 180; // 数据传输速率100kb/s，SCL高电平时间为5us
    I2C2->TRISE |= 37; // SCL上升沿最大时钟周期数+1
    I2C2->CR1 |= I2C_CR1_PE; // 使能I2C2模块
}

uint8_t I2C_Start(void) {
    I2C2->CR1 |= I2C_CR1_START;
    uint16_t timeout = 0xFFFF;
    // SB为1：Start信号已发送
    // SB置1则退出当前循环，timeout减为0也会退出
    while((I2C2->SR1 & I2C_SR1_SB)==0 && timeout) {
        timeout--;
    }
    return timeout ? OK : FAIL;
}

// 设置发出停止信号
void I2C_Stop(void) {
    I2C2->CR1 |= I2C_CR1_STOP; // 不是立刻停止
}

// 主机设置使能应答信号
void I2C_Ack(void) {
    I2C2->CR1 |= I2C_CR1_ACK; // 打开应答信号
}
// 主机设置使能非应答信号
void I2C_Nack(void) {
    I2C2->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK; // 关闭应答信号
}

// 主机发送设备地址并等待应答
uint8_t I2C_SendAddr(uint8_t addr) {
    // 直接将要发送的地址给DR
    I2C2->DR = addr;
    uint16_t timeout = 0xFFFF;
    while ((I2C2->SR1 & I2C_SR1_ADDR)==0 && timeout) {
        timeout--;
    }

    if (timeout > 0) { // timeout不为0说明addr发送
        I2C2->SR2; // 清除ADDR标志位
    }
    
    return timeout ? OK : FAIL;
}

// 主机发送一个字节数据，并等待应答
uint8_t I2C_SendByte(uint8_t byte) {
    // 先等待DR为空，上一个字节数据已经发送完毕
    uint16_t timeout = 0xFFFF;
    while ((I2C2->SR1 & I2C_SR1_TXE)==0 && timeout) {
        timeout--;
    }
    // 将要发送的数据写入DR
    I2C2->DR = byte;

    timeout = 0xFFFF;
    while ((I2C2->SR1 & I2C_SR1_BTF)==0 && timeout) {
        timeout--;
    }

    return timeout ? OK : FAIL;   
}

// 主机读取数据
uint8_t I2C_ReadByte(void) {
    uint16_t timeout = 0xFFFF;
    while ((I2C2->SR1 & I2C_SR1_RXNE)==0 && timeout) {
        timeout--;
    }
    
    return timeout ? I2C2->DR : FAIL;
}

5. 实际应用

传感器读取：与加速度计、陀螺仪、磁力计、温湿度传感器、气压传感器等通信。
EEPROM 存储：扩展非易失性存储空间，存储设备参数、校准数据等。
RTC 时钟：与实时时钟芯片通信，获取和设置时间。
IO 扩展：使用 IO 扩展芯片来增加 GPIO 数量。
音频编解码器：配置音频芯片的参数。
触摸屏控制器：与电阻式或电容式触摸屏控制器通信。

posted @ 2025-09-08 07:47 lwpigking 阅读(200) 评论(0) 收藏举报

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STM32基础

STM32基础入门

GPIO

1. 功能概述

2. GPIO寄存器

3. 寄存器开发流程

4. 实际应用

中断系统

1. 功能概述

2. EXTI寄存器

3.寄存器开发流程

4.实际应用

USART

1. 功能概述

2. USART寄存器

1. 状态寄存器 (USART_SR) - USART1->SR

2. 数据寄存器 (USART_DR) - USART1->DR

3. 波特率寄存器 (USART_BRR) - USART1->BRR

4. 控制寄存器 1 (USART_CR1) - USART1->CR1

3. 寄存器开发流程

4. 实际应用

I2C

1. I2C协议回顾

2. 软件模拟I2C

3. I2C寄存器

1. 控制寄存器 1 (I2C_CR1) - I2C1->CR1

2. 控制寄存器 2 (I2C_CR2) - I2C1->CR2

3. 自身地址寄存器 (I2C_OAR1/OAR2) - I2C1->OAR1

4. 数据寄存器 (I2C_DR) - I2C1->DR

5. 状态寄存器 1 (I2C_SR1) - I2C1->SR1

6. 状态寄存器 2 (I2C_SR2) - I2C1->SR2

7. 时钟控制寄存器 (I2C_CCR) - I2C1->CCR

8. 上升时间寄存器 (I2C_TRISE) - I2C1->TRISE

4. 寄存器开发流程

5. 实际应用

公告

1. 状态寄存器 (USART_SR) - `USART1->SR`

2. 数据寄存器 (USART_DR) - `USART1->DR`

3. 波特率寄存器 (USART_BRR) - `USART1->BRR`

4. 控制寄存器 1 (USART_CR1) - `USART1->CR1`

1. 控制寄存器 1 (I2C_CR1) - `I2C1->CR1`

2. 控制寄存器 2 (I2C_CR2) - `I2C1->CR2`

3. 自身地址寄存器 (I2C_OAR1/OAR2) - `I2C1->OAR1`

4. 数据寄存器 (I2C_DR) - `I2C1->DR`

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