【基础篇】1.3 IO分配（一）

写在前面

STM32的IO分配遵循先分配特定外设 IO，再分配通用 IO，最后微调的原则。我们根据项目需求来对MCU 的 IO口进行分配，以连接不同的外设，从而实现整体功能。比如：GPIO、IIC、SPI、SDIO、FSMC、USB、中断等。

接下来，我们分类看下都有哪些IO。

一，特定外设

1.1 I2C

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于连接微控制器、传感器、存储器等低速设备。在I2C通信中，主设备和从设备通过两条线（SDA和SCL）进行数据传输，因此IO口在I2C通信中扮演着重要的角色。

IIC 一般用到 2 根线： IIC_SCL 和 IIC_SDA。

IIC_SCL：这是I2C总线上的时钟信号线，由主设备控制。主设备使用这个信号来同步数据传输，即在传输数据时，每个数据位都在SCL信号的边沿上进行传输。
IIC_SDA：这是I2C总线上的数据信号线，用于在主设备和从设备之间传输数据。当主设备需要向从设备传输数据时，它将数据写入SDA线，并在SCL信号的边沿上进行传输。从设备在接收数据时，也是通过SDA线接收数据。

I2C IO口需要满足以下要求：

双向传输：I2C通信需要双向数据传输，因此IO口需要支持输入和输出功能。
开漏输出：为了保证多个设备可以连接到同一条I2C总线上，IO口需要采用开漏输出模式。这种模式下，输出端口可以输出低电平信号，但不能输出高电平信号，因此需要外部上拉电阻将信号线拉高到高电平状态。
输入上拉：为了保证输入信号的稳定性，IO口需要采用输入上拉模式。这种模式下，输入端口通过上拉电阻连接到正电源，以保证在没有信号输入时，输入端口处于高电平状态。
噪声抑制：I2C通信对噪声比较敏感，因此IO口需要采取一些措施来抑制噪声，如添加滤波器、降低工作频率等。

1.2 SPI

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行外设接口规范，用于嵌入式系统。它定义了主设备和从设备（或外设）之间通信的方式。SPI通信协议使用的4根线分别是：片选线（CS/SS, Slave Select/Chip Select）、时钟线（SCK, Serial Clock）、串行输出数据线（MOSI/SDO, Master Out Slave In/Serial Data Output）、以及串行输入数据线（MISO/SDI, Master In Slave Out/Serial Data Input）。

片选线用于选择需要进行通信的从设备；时钟线为SPI通信提供时钟；串行输出数据线用于主设备向从设备发送数据；串行输入数据线用于从设备向主设备发送数据。

基本结构：SPI通信通常涉及一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。主设备负责初始化通信，而从设备响应主设备的请求。
信号线：
- MISO（Master In Slave Out）：从设备到主设备的数据线。
- MOSI（Master Out Slave In）：主设备到从设备的数据线。
- SCK（Serial Clock）：由主设备产生的时钟信号，用于同步数据传输。
- CS/SS（CS/SS, Slave Select/Chip Select）：由主设备控制，用于选择和与特定的从设备进行通信。
通信方式：SPI是全双工通信，这意味着数据可以在两个方向上同时传输（通过MISO和MOSI）。数据的传输与时钟信号（SCK）同步。
协议特点：
- 简单性：SPI协议相对简单，不需要复杂的初始化或配置。
- 高速：由于使用了较少的信号线，并且是全双工通信，SPI通常比I2C更快。
- 灵活性：SPI没有严格的通信速率或数据格式要求，这使得它非常灵活，可以适应各种应用需求。
应用：SPI常用于嵌入式系统中，如微控制器、传感器、存储器和其他外设之间的通信。由于其高速和灵活性，它在许多应用中都是首选的通信协议。

1.3 TIM

TIM指的是定时器（Timer）。它在STM32微控制器中扮演重要角色，用于各种定时、计数和PWM生成等任务，从而满足各种嵌入式应用的需求。

根据项目需要可选择 TIM_CH1/2/3/4/ETR/1N/2N/3N/BKIN 等，详细如下：

TIM_CH1/2/3/4：这些指的是定时器的通道。STM32的通用定时器和高级定时器通常有4个通道（CH1至CH4），每个通道都可以独立配置和操作，用于输入捕获、输出比较、PWM生成等功能。
ETR：External Trigger（外部触发）。此功能允许定时器由外部信号触发，从而实现与外部事件的同步。
1N/2N/3N：这些通常与互补输出相关。在某些PWM应用中，可能需要非重叠的PWM信号。这些“N”通道提供了与原始通道（如CH1、CH2、CH3）互补的输出，确保两个信号不会同时高电平，从而防止短路。
BKIN：Break Input（刹车输入）。这是一个特殊的功能，允许通过外部信号来“刹车”或停止定时器的操作。这在某些电机控制应用中非常有用，例如需要快速停止PWM输出的情况。

1.4 USART/UART

USART是通用同步/异步串行接收/发送器。它是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备。USART有 USART_TX/RX/CTS/RTS/CK 信号。

UART是通用异步收发器。它是一种通用的串行、异步通信总线，该总线有两条数据线，可以实现全双工的发送和接收。而UART仅有UART_TX/RX两个信号。

一般用到 2 根线： U(S)ART_TX 和 U(S)ART_RX。

1.5 USB

USB，全称为通用串行总线（Universal Serial Bus），是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。它被广泛应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。USB接口支持即插即用和热插拔功能，可以自动检测和安装外设，实现真正的即插即用。

USB使用差分传输模式，有两条数据线： USB_DP 和 USB_DM。USB_DP是USB数据正信号线（USB-DP线，简写为D+）； USB_DM是USB数据负信号线（USB-DM线，简写为D-）。