STM32 外设简介

STM32 外设简介

STM32 是由意法半导体 (STMicroelectronics) 开发的一系列基于 ARM Cortex 内核的微控制器，广泛应用于嵌入式系统中。STM32 系列的一个重要特点是其丰富而强大的外设模块，支持多种接口和功能，能满足工业控制、物联网、消费电子等多领域需求。

STM32 的外设可大致分为以下几类：

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1. GPIO（通用输入/输出）

GPIO 是最基础的外设，用于与外部设备进行数字信号交互。

• 特点：

  • 每个引脚可配置为输入、输出、复用功能或模拟模式。
  • 支持上拉、下拉、电平触发中断。
  • 可用于连接按键、LED、外部模块等。

• 应用对象：

  • 按键输入
  • 状态指示灯控制
  • 与简单数字设备通信

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2. 定时器（Timer）

定时器是一种核心外设模块，广泛用于计时、计数、PWM 输出等功能。

• 特点：

  • 包括通用定时器、高级定时器和基本定时器。
  • 支持输入捕获、输出比较、编码器接口、PWM 生成等功能。
  • 支持精确的时间控制和事件管理。

• 应用对象：

  • 电机控制（PWM 输出）
  • 定时触发事件
  • 频率/脉冲测量

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3. 串行通信接口

STM32 提供多种通信接口，用于与外部设备或其他微控制器进行数据交换。

USART/UART（通用同步/异步收发器）

• 特点：
  • 支持异步通信（UART）和同步通信（USART）。
  • 可用于标准串口通信，如调试、数据传输。
• 应用对象：
  • 电脑串口调试
  • 外部传感器数据读取
  • 蓝牙、Wi-Fi 模块通信

SPI（串行外设接口）

• 特点：

  • 高速同步串行通信，支持主从模式。
  • 常用于连接高速外部设备，如 ADC、FLASH 存储器、显示屏。

• 应用对象：

  • 存储设备访问
  • TFT 屏幕驱动
  • 高速传感器模块

I²C（双线接口）

• 特点：

  • 支持多主多从，具有数据校验功能。
  • 低速串行总线，常用于低速外围设备。

• 应用对象：

  • EEPROM 读写
  • 温湿度传感器读取
  • 低功耗外设通信

CAN（控制器局域网）

• 特点：

  • 用于实时工业控制场景，具有很强的抗干扰能力。
  • 支持高效的多设备通信。

• 应用对象：

  • 工业自动化控制
  • 汽车电子系统

USB（通用串行总线）

• 特点：

  • 提供 USB 设备和 USB 主机功能。
  • 支持 USB CDC、HID 等多种设备模式。

• 应用对象：

  • USB 通信设备
  • 外设数据存储

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4. ADC/DAC

ADC（模数转换器）

• 特点：

  • 将模拟信号（如电压）转换为数字信号。
  • 支持多通道、多模式转换。

• 应用对象：

  • 模拟传感器（如温度、光照强度）信号读取
  • 电池电压监测

DAC（数模转换器）

• 特点：

  • 将数字信号转换为模拟信号输出。
  • 可用于产生波形信号。

• 应用对象：

  • 音频信号生成
  • 模拟信号驱动

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5. DMA（直接存储器访问）

DMA 是一种数据搬运引擎，用于在内存和外设之间快速传输数据，减少 CPU 的负担。

• 特点：

  • 支持外设到内存、内存到外设、内存到内存的高速传输。
  • 大幅降低 CPU 参与率，提高系统性能。

• 应用对象：

  • 高速数据采集（如 ADC 数据采集）
  • 显示数据刷新（如 SPI 显示屏）

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6. RTC（实时时钟）

RTC 是独立的计时外设，专用于跟踪日期和时间。

• 特点：

  • 支持闰年计算。
  • 可以在低功耗模式下运行。
  • 支持闹钟功能。

• 应用对象：

  • 实时数据记录
  • 低功耗设备时间管理

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7. Watchdog（看门狗）

看门狗是一种安全外设，用于防止系统因软件异常而失控。

• 特点：

  • 定期复位防止死机。
  • 支持独立看门狗（IWDG）和窗口看门狗（WWDG）。

• 应用对象：

  • 工业控制
  • 高可靠性系统

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8. 存储接口

STM32 支持多种存储接口，用于扩展外部存储器。

• FSMC（灵活静态存储控制器）：支持 NOR FLASH、SRAM、LCD 控制。
• SDIO（SD 卡接口）：用于直接连接 SD/MMC 卡。
• Quad-SPI（四线 SPI）：用于高速外部 FLASH 存储访问。

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9. 电机控制外设

STM32 提供专门的电机控制外设（如高级定时器、OPAMP、COMP），广泛应用于电机驱动和能量转换。

• 特点：

  • 支持正弦波调制 (SVPWM)。
  • 内置死区控制。
  • 提供硬件过流保护。

• 应用对象：

  • 无刷电机控制 (BLDC)
  • 伺服电机驱动

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10. 安全外设

STM32 提供多种安全外设以增强系统的可靠性。

• CRC（循环冗余校验）：用于数据完整性校验。
• AES（硬件加密）：用于数据加密和解密。
• 防篡改机制：通过独立外设检测非法访问和篡改行为。

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STM32 外设应用对象概述

STM32 的外设广泛应用于以下领域：

应用场景	典型外设
消费电子	GPIO、USART、SPI、I²C
工业控制	CAN、定时器、ADC、DAC
物联网	USB、USART、RTC、低功耗模式
汽车电子	CAN、PWM、电机控制
音频与视频处理	I²S、DAC、DMA
数据采集与分析	ADC、DMA、FSMC