第 1 章：数字 I/O 与串口通信（GPIO UART）

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本章目标：

• 掌握 GPIO 的硬件原理、寄存器配置与典型驱动框架

• 深入理解 UART/USART 的帧格式、波特率配置、中断与 DMA 驱动

• 通过实战案例，将 GPIO 与 UART 结合，实现 AT 命令式外设控制

章节结构

1. GPIO 概述与硬件原理

2. GPIO 驱动实现：寄存器、中断与去抖

3. UART/USART 原理与帧格式

4. UART 波特率与时钟配置

5. UART 中断与 DMA 驱动

6. 综合案例：通过 UART 控制 LED 与读取按键

7. 小结与 Q&A

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1.1 GPIO 概述与硬件原理

1.1.1 GPIO 的定位与作用

• 定义：通用输入/输出（General-Purpose Input/Output）

• 功能：将处理器的数字端口配置为“输入”或“输出”，用于按键扫描、LED 驱动、继电器控制、外部中断等

• 特点：

  • 最低速、最简单的数字信号接口

  • 支持拉 up/down 、电平触发中断、输出开漏/推挽

1.1.2 GPIO 的硬件结构

以典型 STM32 GPIO 端口为例，每 port 包含 16 个 pin ，结构示意：

 ┌─────────────────────────────────┐│       GPIOx Controller         ││ ┌──────┐ ┌──────┐ ┌──────┐      ││ │ MODER│ │ OTYPER││ PUPDR│ ...  ││ └──────┘ └──────┘ └──────┘      ││ ┌─────────┐ ┌─────────┐         ││ │ IDR (IN) │ │ ODR (OUT)│        ││ └─────────┘ └─────────┘         │└─────────────────────────────────┘

1. MODER：模式寄存器，控制每个 pin 的输入/输出/复用/模拟

2. OTYPER：输出类型，推挽（Push-Pull）或开漏（Open-Drain）

3. OSPEEDR：输出速度，影响上升/下降沿速度

4. PUPDR：上下拉配置，设定输入时的默认电平

5. IDR / ODR：输入数据寄存器 / 输出数据寄存器

6. EXTI：外部中断控制器，与 AF（复用功能）协同实现中断触发

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