STM32 基础知识

1. STM32微控制器的核心特性是什么？

• STM32微控制器是基于ARM Cortex-M 处理器 ， 它具有高性能处理能力和低功耗的特性 ， 适合用于嵌入式系统
• STM32系列具有多种多样的内存大小和丰富的内置外设选项，包括 多通道ADC ， 定时器 ， 通信接口 UART ，SPI , I2C，此外它支持广泛的中断和事件管理，并且提供了复杂的电源管理方案**

2. 如何配置STM32的GPIO进行数字输入输出？

• 首先我们需要使能GPIO的时钟
• 使用库函数来对GPIO端口进行初始化，比如配置引脚位推挽输出，配置它的速度，配置上下拉电阻
• 最后我们通过寄存器 ODR（输出数据寄存器） 以及BSRR（置位/复位寄存器） 来对引脚输出高低电平

3. 在STM32中如何实现定时器的配置和使用？

• 定时器的配置首先要选择合适的定时器并开启时钟， 然后设置预分频来决定定时器的时钟频率，以及设置自动重载寄存器来确定溢出时间，即定时周期
• 在配置好基本定时参数后，可以选择定时器模式，如基本计数模式或者更复杂的PWM输出模式。
• 在定时器中断后，可以实现周期性的任务。
• 通过库函数 可以来启动定时器启用中断

4. 什么是PLL

• PLL （phase-locked-loop） 是一种电子控制系统 ， 它能够调整振荡的频率使得它和其他频率或者相位 保持同步 ， 主要是由三部分组成 ， 相位比较器 , 低通滤波器 ， 以及压控振荡器
• PLL 广泛用于STM32 中， 它能使得 稳定的外部或者内部时钟 生成我们想要的系统时钟频率， 比如在STM32F4 中 ， 我们可以使用8MHZ 的时钟源 进行分屏调整成100MHZ 的时钟 ，从外为CPU 和 外设提供时钟

5. 在单片机中 SPI , I2C 以及 UART 的区别和联系

5.1 区别和联系

• 速度 ： SPI 是三者中最快的， 适合高速传输 。 UART 速度适中， 适合中长距离通信 。 I2C 的速度相对较慢， 但足以满足多数外设的需求
• 复杂性： SPI 相对简单 但是需要更多的 IO 口线 . UART 最简单 只需要两根线 ， I2C 复杂性适中，但提供了更灵活的总线控制
• 硬件需求：UART硬件需求最简单 ， SPI 以及I2C 需要更多的硬件支持，尤其是处理多个设备的时候

5.2 SPI(Serial Peripheral Interface)

1. 特点：
   • 快速的全双工通信 ， 可以同时发送和接收
   • 基于主从架构， 一个设备可以控制多个从设备， 但同时只与一个设备进行通信
   • 通信涉及4条线 ： MOSI ， MISO , SCK , CS
   • 不需要任何地址和协议来控制数据流
2. 应用场景：
   • 高度数据传输 ，例如SD 卡 TFT显示屏等

5.2 UART(Univeral Asynchronous Receiver / Transmitter)

1. 特点：
   • 异步通信，没有时钟线， 仅依靠波特率传输
   • 通常用于点对点传输， 只涉及两根线 ：TX , RX
   • 传输数据时需要起始位和停止位来表示数据包的开始和结束
   • 错误校检能力弱， 只依赖奇偶校检位
2. 应用场景：
   • 用于长距离或者低速通信设备 ， 例如GPS 模块， 串口调试 与PC通信等

5.2 I2C(Inter - Intergrated Circuit)

1. 特点：
   -半双工通信，同一时刻只能发送或者接收
   • 基于主从架构， 支持多主多从的配置， 每个设备都有唯一的 地址
   • 通信涉及两根线 SDA 和 SCL
   • 需要地址来确定通信的目标设备
2. 应用场景：
   • 用于低速外围设备， 如传感器 ，EEPROM , LCD 显示器等

6. UART通信中的挑战：

“UART通信没有时钟信号来同步数据传输。在这种情况下，如何确保数据的正确传输和接收？并描述一下在实现UART通信时可能会遇到的挑战和如何解决这些挑战。”

• UART是一种异步通讯协议其主要挑战包括：
  1. 同步问题：用于缺乏共享时钟 ， 接收双方必须知道发送方的波特率来正确解码信号
  2. 错误检测： UART 通常依赖起始位 ， 停止位以及可选的奇偶校验位来进行基本的错位检测， 但是对于高误码的环境这可能有点不够
  3. 长距离通讯问题： 长线上可能出现信号衰减和出现噪声干扰等问题
• 解决办法：
  1. 使用一致的波特率和标准的帧格式（起始位 ， 停止位 ， 奇偶校检位） 来确保数据的正确传输和接收
  2. 在噪声多的环境 ， 使用差分信号来提高信号的鲁棒性
  3. 使用额外的错误检测和纠正机制 ， 来提高数据传输的可靠性

6.1 关键词：

异步 ，一致波特率 ，标准数据帧 ，信号衰减  噪声
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7. 描述一下嵌入式基于ROM 和基于RAM 运行方式的异同

1. 基于RAM 的运行方式

• **数据存储:**程序和数据存储在RAM 中 ， 可读可写 ，便于在运行时修改数据， 断电之后数据会消失， 不能用来保存数据
• 运行速度 ： 运行的速度慢，程序需要从其他存储介质加载，可能会导致延迟。
• 适用场景 ： 适合需要频繁的修改或者更新程序的地方使用，如开发和调试过程

2. 基于ROM的运行方式

• 数据存储:程序和数据 存储在ROM中 ， ROM只允许之读操作 ， 写入通常在生产过程中完成 ，断电之后数据依然存在
• 运行速度： 运行速度较快，适合即插即用
• 适用场景： 适合不需要或者很少更新的应用 。

7.1 关键词：

可读可写 ， 只读 ， 运行快， 断电数据消失 ， 即插即用
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8 . 哈佛结构和冯诺依曼结构的区别

1. 冯诺依曼结构 ：
   • 指令和数据存储在同一个地方，通过同一根总线进行传输， 就像图书馆只有一个书架， 指令和数据都放在上面， 但是你要拿的时候，每次只可以拿一个，不能同时拿两个 。
   • 优点：布局简单，易于编程
   • 缺点： 指令和数据的获取不能同时进行 ， 可能导致瓶颈（称为冯诺依曼瓶颈）
2. 哈佛结构：
   • 指令和数据分开存储 ，有着各自的总线进行传输。 就像图书馆有两个书架， 数据和指令分开放在两个书架，可以同时拿两个
   • 优点： 高效快捷， 可以分别获取指令和数据，避免了瓶颈
   • 缺点： 设计更复杂， 成本更高 。

8.1 关键词：

指令和数据， 分开存储， 共同存储
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9. 中断和异常有什么区别

1. 中断（Interupt）
   • 来源： 是指由外部硬件产生的一个电信号从cpu中断引脚进入， 打断cpu的运行 。 中断事由外部硬件或外部设备触发的
   • 目的： 中断能使处理器响应异步事件 ，当中断发生时， 处理器暂停当前的任务， 转而去处理中断服务进程（ISR)的特殊函数，响应外部中断
   • 特点： 中断可以由用户软件层面控制 ， 中断系统通常与硬件驱动和操作系统相关联
     2.异常（exceptions）
   • 来源 ： 指软件运行过程中发生了一些必须做出处理的事件，异常在处理的时候必须考虑与处理器的时钟同步，也称同步中断 。
   • 目的： 异常处理允许操作系统捕捉错误或特殊情况，然后决定如何处理，例如终止有问题的程序或提供一个错误报告。
   • 特点： 异常通常表明程序中的错误或特殊情况，需要操作系统的干预。
     中断和异常都是处理器设计中处理特殊情况的机制， 中断只要用于响应外部硬件设备或者事件， 而异常用于处理程序执行过程中的错误或特殊情况 。

9.1 关键词

外部硬件设备或事件 ， 软件运行错误 ，同步中断
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