单片机学习日记

单片机学习日记 - 详解

上拉电阻：上拉电阻（pull-up）：把引脚“默认拉高”，也就是空闲时稳定在高电平。
常见场景：按键检测（按下接地，松开通过上拉变成 1）。

下拉电阻：下拉电阻（pull-down）：把引脚“默认拉低”，也就是空闲时稳定在低电平。
常见场景：需要信号空闲为 0 的情况，比如某些输入检测。

上/下拉电阻 → 给输入口稳定的默认电平。

输入捕获（Input Capture）：

输入捕获是定时器的一种模式。
定时器本身在计数，就像一个秒表不停跑。输入捕获的作用就是：
当某个外部事件（比如引脚电平变化）到来时，把此时定时器的值记录下来。

测量高电平持续时间（脉宽测量）。
测量两次脉冲的间隔（频率/转速测量）。

记录事件发生的精确时间，用来算频率、脉宽。

定时器（Timer）：

__HAL_TIM_GET_COUNTER用于获取计数器的值。
__HAL_TIM_SET_COUNTER用于设置计数器的值。
__HAL_TIM_GET_AUTORELOAD获取重装载寄存器的值。
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD设置重装载寄存器的值
__HAL_TIM_SET_PRESCALER设置预分频器的值

定时器是 MCU 里的“电子秒表”，它的作用远远不止计时：

基本模式：定时中断（比如 1ms 触发一次，用于心跳、操作系统节拍）。
输入捕获：前面说的，测量外部信号的时间特征。
输出比较（PWM）：比如产生 PWM 波，控制电机、舵机、LED 亮度。
外部计数模式：用来直接计数外部脉冲（红外传感器输出的方波）。

MCU 的时间和脉冲工具，能计时、捕获、PWM、计数。定时器就是计数器

串口（USART/UART）

串口就是 MCU 的“嘴巴”，负责和外部世界说话（发数据）或者听别人说话（收数据）。

UART：异步串口（常见，常用 TX/RX 两根线，最常用波特率 9600、115200）。
USART：在 UART 基础上多了同步模式，但大多数情况下我们就当 UART 用。

串口的特点是一边一位地传输，速度适中，调试方便。MCU 和外界交流的嘴巴。

DMA，全称 Direct Memory Access（直接存储器访问）

1.DMA 的基本作用
平常情况：
没有 DMA 时，CPU 要负责数据搬运，比如把 ADC 采集结果读出来，再写到内存；或者从内存取数据，一点点写到串口发送寄存器里。这样 CPU 就很累，浪费算力。
有了 DMA：
CPU 只要配置好 源地址、目的地址、数据长度，DMA 控制器就会自动在后台搬运数据，不需要 CPU 参与。
CPU 可以专注于计算和逻辑，效率提升非常大。
比喻：
没有 DMA 时 → CPU 是老板又是搬运工。
有了 DMA → 老板只要说“把仓库 A 搬到仓库 B，数量 1000”，然后搬运工（DMA）自动干活。
2. DMA 的常见用途
ADC + DMA
连续采集传感器数据，DMA 自动把结果写到内存数组里。
CPU 只需要在需要时读取内存，不用一条一条等数据。
USART/SPI/I²C + DMA
串口发一大串数据（比如调试信息），DMA 自动把内存的数据推到发送寄存器。
接收数据时，DMA 可以直接把收到的数据放到数组里。
存储器到存储器
复制一大块数据，不用 CPU 循环拷贝。
定时器触发 DMA
定时器溢出时自动触发 DMA，比如定时更新 DAC 输出波形，形成正弦波/三角波。
3. DMA 的核心特性
源地址：数据从哪里来（寄存器/内存）。
目的地址：数据搬到哪里去（内存/寄存器）。
数据量：要搬多少。
传输方向：寄存器到内存，内存到寄存器，或内存到内存。
自动递增：搬运时地址能否自动递增（比如存到数组里）。
触发源：谁来启动传输（外设事件、软件触发）。
5. 总结
DMA = MCU 的自动搬运工，减少 CPU 负担。
用途：ADC 自动采集、串口高速通信、波形发生器、数据搬移。
优点：快、省 CPU，适合大数据量场景。
缺点：配置比普通外设复杂一些，调试要小心（地址、长度、溢出）。

一句话：知而不行，是为不知；行而不知，可以致知。

中断（Interrupt）

中断就是 MCU 的“紧急插队机制”。
平时 MCU 在顺序执行代码，比如主循环在跑任务。
当某个事件发生（定时器溢出、串口收到数据、外部按键按下），MCU 会立刻“打断”当前任务，跳到对应的中断服务程序（ISR）去处理。

中断的好处：

响应速度快，不用在主循环里死等。
节省 CPU 资源，MCU 可以忙别的事。

但要小心：

中断里代码要尽量短，不要做耗时操作。
要注意优先级，避免高频中断卡死系统。

事件驱动的插队机制，提高效率。

NVIC嵌套向量中断控制器

NVIC 的位置和作用

MCU 的中断分两步走：

外设产生中断请求：比如定时器溢出、串口收到数据、外部 IO 引脚电平变化。
NVIC 处理调度：NVIC 决定是不是要响应、什么时候响应、响应谁。

可以把 NVIC 想象成一个 中断信号的交通指挥员：

哪个中断能过马路（使能/屏蔽）。
哪辆车优先（优先级管理）。
多辆车同时到路口，谁先走（仲裁）。

NVIC 的核心功能

中断使能/禁止
- 通过寄存器（NVIC_ISER / NVIC_ICER）来打开或关闭某个中断。
- 类似“开关闸门”。
中断优先级
- 每个中断都有一个优先级（Priority）。
- 数字越小优先级越高，比如 0 比 3 更急。
- NVIC 会根据优先级来决定先响应谁。
中断嵌套
- 如果 A 中断在执行时，来了一个更高优先级的 B 中断，B 可以打断 A，先执行完再返回继续 A。
- 这就是“嵌套”的由来。
向量表管理
- 每个中断都有对应的入口地址（ISR 函数入口）。
- NVIC 根据“中断号”去查向量表，找到对应的服务函数。

举个例子
假设系统里有两个中断：
定时器 1 溢出中断（优先级 2）
串口接收中断（优先级 1）
运行时：
MCU 在跑主循环。
定时器溢出 → 触发中断 → NVIC 查表 → 执行 TIM1_IRQHandler。
正在执行时，串口突然收到了一个字节（优先级更高）。
NVIC 立刻暂停定时器中断，跳去执行 USART_IRQHandler。
串口 ISR 结束 → 返回 → 继续执行定时器 ISR。
这样就保证了重要事件优先处理，次要事件稍后处理。
// 开启定时器中断
nvic_irq_enable(TIMER1_IRQn, 2);  // 中断号，优先级
// 中断服务函数
void TIMER1_IRQHandler(void) {if (timer_interrupt_flag_get(TIMER1, TIMER_INT_UP) != RESET) {timer_interrupt_flag_clear(TIMER1, TIMER_INT_UP);// 在这里写你的定时任务，比如LED翻转}
}
总结
NVIC = 中断的大脑，负责使能、优先级、仲裁。
它让 MCU 在“多任务”里有序地响应各种外设。
嵌套特性保证高优先级事件能插队，保证实时性。

手册关键信息

手册里的FT便是5V容忍引脚

这就是推挽输出的能力：具有一定的电压与电流驱动的能力。

开漏输出：不具备主动驱动的能力，必须依靠外部电压来进行驱动。使用开漏输出的时候需要选择支持5V容忍的IO口。
施密特触发器的作用：稳定电平，给电平一个参考电压，高于这个参考电压就输出高电平，低于就输出低电平。

数字信号比模拟信号更加稳定。

用数字信号模拟模拟信号，就是采用占空比。

定时器的两种作用：1.输入捕获模式：测量脉冲宽度。2.输出比较模式：输出脉冲宽度。

PWM模式：

输出控制器：一个可以开启关闭的电平反相器（非门）

通过调节比较寄存器的大小就可以调节PWM的占空比：

外设需要推挽输出时，需要使用复用推挽输出模式。

增量式旋转编码器：

IIC

时钟源&时钟树

一、时钟源（Clock Sources）
STM32 常见的几个基础时钟源：
HSI（High Speed Internal Clock，高速内部时钟）
固定频率：8 MHz
优点：上电即有，不需要外部晶振，启动快
缺点：精度一般，用在对精度要求不高的场景
HSE（High Speed External Clock，高速外部时钟）
需要外部晶振/时钟源（常见 8 MHz 晶振）
优点：稳定、精度高，适合对串口、USB 等有严格时钟要求的应用
缺点：需要外接晶振，成本和电路复杂度增加
PLL（Phase Locked Loop，锁相环）
作用：倍频（×2 ~ ×16）
比如你图里：HSE 8 MHz → PLL ×9 → 72 MHz
这是 STM32 最经典的配置（72 MHz 主频）
小结：时钟源 = HSI、HSE、PLL，系统一般选 HSE+PLL 来得到 72 MHz 主频。
二、系统时钟（SYSCLK）
SYSCLK 是整个系统的“根时钟”，CPU 直接使用它。
在图中你能看到：
选择器（Mux）可以选择 HSI、HSE、PLL
你的例子中，选择的是 PLL 输出 72 MHz 作为 SYSCLK
三、AHB 总线和 HCLK
SYSCLK 再经过 AHB 分频器，得到 HCLK。
HCLK = AHB 总线时钟 = 内核、DMA、内存的工作频率
一般情况下设为 72 MHz（不分频，/1）
你图里也标了：SYSCLK 72 MHz → HCLK 72 MHz
四、APB 总线时钟（外设时钟）
STM32 有两个外设总线：
APB1 总线
低速外设（USART2~5、I2C、CAN、SPI2/3…）
最大频率 36 MHz
所以常见配置是：HCLK / 2 = 36 MHz
定时器有加倍功能（×2），所以 APB1 定时器可以跑到 72 MHz
APB2 总线
高速外设（USART1、SPI1、ADC、GPIO…）
最大频率 72 MHz
一般设为 /1，不分频
五、外设时钟举例
SysTick：HCLK / 8 = 9 MHz
ADC：HCLK / 6 = 12 MHz
USART1（APB2）：72 MHz
USART2（APB1）：36 MHz
定时器（APB1）：72 MHz（因为 ×2）
定时器（APB2）：72 MHz（直接用）
六、总结成一句话
STM32 的时钟树逻辑是：
时钟源 (HSI/HSE) → PLL 倍频 → SYSCLK → AHB 分频 → HCLK → APB1/APB2 分频 → 外设时钟
也就是说：
你用 HSE 8 MHz + PLL ×9 → SYSCLK 72 MHz
HCLK = 72 MHz
APB1 = 36 MHz（定时器再×2 = 72 MHz）
APB2 = 72 MHz
这样整个芯片的 CPU、总线、外设、定时器就都有了合适的时钟。

外部声明

1. extern 的本质作用
它告诉编译器：
“这个变量/函数不是在本文件里定义的，它在别的地方已经定义了，我这里只是引用一下。”
换句话说：
定义：变量的真正创建地（占用内存）。
声明：只是告诉编译器“有这么个东西”，不分配空间。
外部声明（一般写在 .h 头文件里）
注意：函数的定义在 .c 文件里，声明一般写在 .h 文件里供别人包含。
注意事项
只能有一个定义：
全局变量只能在一个 .c 文件里真正定义，其它文件只能用 extern 引用。否则会报“重定义错误”。
初始化只能出现在定义里：
int x = 5;       // 定义并初始化
extern int x;    // 声明，不能再写 = 5
推荐做法：
在 .c 文件里定义变量。
在 .h 文件里写 extern 声明。
需要的地方 #include 头文件。
extern = 外部声明，告诉编译器“变量/函数在别处定义”。
它不分配内存，只做“引用”。
在嵌入式里主要用于 模块间变量/函数共享，尤其是多文件工程。