【秋招】嵌入式面試八股文 - 最全專欄（這專欄就夠 ）

1. GPIO基本概念

Q: 什么是GPIO？它的基本功能是什么？

GPIO(通用輸入輸出端口)是微控制器上可以由用戶程序控制的引腳，可以配置為輸入或輸出模式。

基本功能：

• 數(shù)字輸入：讀取外部設(shè)備的高低電平狀態(tài)
• 數(shù)字輸出：向外部設(shè)備輸出高低電平信號(hào)
• 可配置為特殊功能引腳：連接到內(nèi)部外設(shè)(UART、SPI、I2C等)
• 中斷觸發(fā)：檢測電平變化并觸發(fā)中斷

Q: GPIO的常見工作模式有哪些？

常見的GPIO工作模式：

1. 輸入模式：浮空輸入：不連接上拉或下拉電阻上拉輸入：內(nèi)部連接上拉電阻下拉輸入：內(nèi)部連接下拉電阻模擬輸入：用于ADC采樣
2. 輸出模式：推挽輸出：可主動(dòng)輸出高低電平開漏輸出：只能主動(dòng)下拉，需外接上拉電阻開源輸出：只能主動(dòng)上拉，需外接下拉電阻
3. 特殊模式：復(fù)用功能：連接到內(nèi)部外設(shè)中斷模式：配置為輸入并啟用中斷功能

2. GPIO配置與使用

Q: 如何配置GPIO的輸入輸出模式？

以STM32為例的GPIO配置：

// 配置GPIO為輸出模式
void GPIO_OutputConfig(void) {
    // 使能GPIO時(shí)鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 定義GPIO初始化結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 配置PA5為推挽輸出，50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

// 配置GPIO為輸入模式
void GPIO_InputConfig(void) {
    // 使能GPIO時(shí)鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // 定義GPIO初始化結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 配置PB1為上拉輸入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

Q: 什么是GPIO的上拉和下拉電阻？它們的作用是什么？

上拉電阻：

• 將引腳默認(rèn)拉至高電平
• 防止引腳懸空，提高抗干擾能力
• 適用于連接常開開關(guān)、按鍵等

下拉電阻：

• 將引腳默認(rèn)拉至低電平
• 防止引腳懸空，提高抗干擾能力
• 適用于連接常閉開關(guān)等

作用：

• 定義引腳的默認(rèn)電平狀態(tài)
• 防止輸入引腳處于高阻態(tài)時(shí)受干擾
• 限制電流，保護(hù)GPIO和外部設(shè)備

Q: 推挽輸出和開漏輸出有什么區(qū)別？各自適用于什么場景？

推挽輸出：

• 由一對(duì)互補(bǔ)的MOS管組成(一個(gè)P-MOS和一個(gè)N-MOS)
• 可主動(dòng)輸出高電平和低電平
• 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，上升沿和下降沿速度快
• 適用場景：LED驅(qū)動(dòng)、數(shù)字信號(hào)輸出、需要快速切換的場合

開漏輸出：

• 只有一個(gè)N-MOS管，只能主動(dòng)下拉
• 輸出高電平時(shí)需要外部上拉電阻
• 可實(shí)現(xiàn)線與功能(多個(gè)輸出連接到同一條線)
• 適用場景：I2C總線、多設(shè)備共享總線、電平轉(zhuǎn)換

3. GPIO中斷與防抖

Q: 如何配置GPIO中斷？常見的中斷觸發(fā)方式有哪些？

GPIO中斷配置步驟(以STM32為例)：

void GPIO_InterruptConfig(void) {
    // 1. 配置GPIO為輸入模式
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 2. 配置EXTI線
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);
    
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; // 下降沿觸發(fā)
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
    // 3. 配置NVIC
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

常見的中斷觸發(fā)方式：

• 上升沿觸發(fā)：信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)觸發(fā)
• 下降沿觸發(fā)：信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)觸發(fā)
• 雙邊沿觸發(fā)：信號(hào)發(fā)生任何電平變化時(shí)觸發(fā)
• 高電平觸發(fā)：信號(hào)保持高電平時(shí)觸發(fā)
• 低電平觸發(fā)：信號(hào)保持低電平時(shí)觸發(fā)

Q: 什么是按鍵抖動(dòng)？如何實(shí)現(xiàn)按鍵消抖？

按鍵抖動(dòng)：機(jī)械按鍵按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈片的彈性作用，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生多次接通和斷開，導(dǎo)致一次按鍵操作被誤判為多次。

軟件消抖方法：

1. 延時(shí)消抖：

// 延時(shí)消抖
bool Button_Read(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) {
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin) == 0) {
        delay_ms(20);  // 延時(shí)20ms
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin) == 0) {
            return true;  // 按鍵按下
        }
    }
    return false;
}

1. 定時(shí)器采樣消抖：

// 定時(shí)器采樣消抖
#define DEBOUNCE_COUNT 5
uint8_t button_samples[DEBOUNCE_COUNT] = {0};
uint8_t sample_index = 0;

// 在定時(shí)器中斷中調(diào)用(如10ms周期)
void Button_SampleInTimer(void) {
    // 讀取當(dāng)前按鍵狀態(tài)
    button_samples[sample_index] = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
    sample_index = (sample_index + 1) % DEBOUNCE_COUNT;
    
    // 檢查是否所有樣本一致
    bool all_same = true;
    for(int i = 1; i < DEBOUNCE_COUNT; i++) {
        if(button_samples[i] != button_samples[0]) {
            all_same = false;
            break;
        }
    }
    
    if(all_same) {
        // 按鍵狀態(tài)穩(wěn)定，可以處理
        button_state = button_samples[0];
    }
}

1. 狀態(tài)機(jī)消抖：

// 狀態(tài)機(jī)消抖
typedef enum {
    BUTTON_STATE_RELEASED,
    BUTTON_STATE_PRESSED,
    BUTTON_STATE_DEBOUNCING_PRESS,
    BUTTON_STATE_DEBOUNCING_RELEASE
} ButtonState;

ButtonState button_state = BUTTON_STATE_RELEASED;
uint32_t debounce_time = 0;
#define DEBOUNCE_DELAY 20  // 20ms消抖時(shí)間

// 在主循環(huán)或定時(shí)器中調(diào)用
void Button_StateMachine(void) {
    uint32_t current_time = GetTickCount();
    bool button_raw = (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0);
    
    switch(button_state) {
        case BUTTON_STATE_RELEASED:
            if(button_raw) {