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本章目標：

• 掌握 GPIO 的硬件原理、寄存器配置與典型驅動框架

• 深入理解 UART/USART 的幀格式、波特率配置、中斷與 DMA 驅動

• 通過實戰案例，將 GPIO 與 UART 結合，實現 AT 命令式外設控制

章節結構

1. GPIO 概述與硬件原理

2. GPIO 驅動實現：寄存器、中斷與去抖

3. UART/USART 原理與幀格式

4. UART 波特率與時鐘配置

5. UART 中斷與 DMA 驅動

6. 綜合案例：通過 UART 控制 LED 與讀取按鍵

7. 小結與 Q&A

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1.1 GPIO 概述與硬件原理

1.1.1 GPIO 的定位與作用

• 定義：通用輸入/輸出（General-Purpose Input/Output）

• 功能：將處理器的數字端口配置為“輸入”或“輸出”，用于按鍵掃描、LED 驅動、繼電器控制、外部中斷等

• 特點：

  • 最低速、最簡單的數字信號接口

  • 支持拉 up/down 、電平觸發中斷、輸出開漏/推挽

1.1.2 GPIO 的硬件結構

以典型 STM32 GPIO 端口為例，每 port 包含 16 個 pin ，結構示意：

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

1. MODER：模式寄存器，控制每個 pin 的輸入/輸出/復用/模擬

2. OTYPER：輸出類型，推挽（Push-Pull）或開漏（Open-Drain）

3. OSPEEDR：輸出速度，影響上升/下降沿速度

4. PUPDR：上下拉配置，設定輸入時的默認電平

5. IDR / ODR：輸入數據寄存器 / 輸出數據寄存器

6. EXTI：外部中斷控制器，與 AF（復用功能）協同實現中斷觸發

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