本书共 13 章, 内容包括: 嵌入式系统简介, 嵌入式单片机 STM32 的硬件基础､ 软件开发基础､ 通用功能输入输出 ( GPIO) ､ 外部中断 EXTI､通用同步/异步通信､ 通用定时器､ 直接存储器存取､ 模/数转换器､ 集成电路总线､ 串行外设接口, 基于机智云平台的 STM32 嵌入式物联网应用设计, 基于以太网的 STM32 嵌入式系统应用设计, 并在第 4 ~ 13 章给出了应用实例｡
为了便于读者理解, 实例中给出了两种工程文件结构: 一种是单结构文件, 是较简单结构的工程文件, 书中均给出了程序代码, 利于读者快速掌握; 第二种是结构化的编程方法, 更适用于实际工程应用, 在第 4 章的 GPIO 功能设计中详细给出了编程方法和调试结果, 可帮助读者培养良好的编程习惯｡ 本书全部实例都经过调试, 可正常运行｡
本书适合作为高等工科院校电子信息､ 计算机､ 自动化､ 测控､ 机电一体化等专业的嵌入式控制､ 单片机原理及设计等课程的教材｡ 由于本书涉及大量工程领域相关内容, 也适于嵌入式单片机 STM32 的初学者及有一定嵌入式应用基础的电子工程技术人员使用｡
嵌入式单片机 STM32 是以 ARM 为内核架构, 基于 Cortex - M3 内核的嵌入式微控制器｡其集成度高, 外围电路简单, 配合 ST 公司提供的标准库, 开发者可以快速开发高可靠性的工业级产品, 自推出以来就受到重视并获得广泛应用｡ STM32 单片机技术的开发应用也逐渐成为高等院校计算机､ 电气工程､ 自动化､ 机电一体化､ 测控等专业学生必须掌握的技术之一｡ 本书介绍的嵌入式单片机 STM32F103 RBT6 是 32 位的 ARM Cortex - M3 内核, 集成了128KB Flash 和 20KB SRAM 以及丰富强大的硬件接口电路, 运行频率可达 72MHz｡
本书第 1 章介绍嵌入式系统及 STM32 单片机相关概念､ 应用､ 发展趋势; 第 2 章介绍嵌入式单片机硬件基础; 第 3 章介绍嵌入式单片机软件开发基础｡ 在此基础上, 第 4 章 ~ 第11 章, 分别针对 STM32 可实现的各种功能模块 ( 通用功能输入输出 ( GPIO) ､ 中断､ 串行通信､ 定时器､ DMA 传输､ A /D 转换､ I2 C 总线､ SPI 总线) , 阐述其结构及应用设计方法｡第 12 章和 13 章设计了 STM32 网络应用系统, 分别为基于机智云平台的 STM32 嵌入式物联网应用设计和基于以太网的 STM32 嵌入式系统应用设计, 方便读者了解和掌握嵌入式系统的互联网设计和开发方法｡
本书各章内容贯穿了两个主题, 一是 STM32 单片机的结构及工作原理, 二是嵌入式STM32 的开发及实践｡ 第 4 ~ 10 章的应用实例均给出两种工程文件结构: 第一种是单结构的工程文件设计方法, 书中均给出文件结构及程序代码, 便于读者学习和快速掌握本章内容;第二种是多结构化的编程方法, 利于与其他外设融合, 综合开发应用系统功能｡ 为帮助读者培养良好的编程习惯, 在第 4 章 GPIO 功能设计中详细给出结构化的编程方法｡ 鉴于篇幅有限, 其他章节的多结构化设计实例均给出工程文件结构及流程图｡
本书结合编者多年的教学经验, 将理论实践一体化的教学方式融入其中｡ 书中实例开发过程用到的是目前使用最广的正点原子 Mini STM32 的开发板 STM32F103, 由此开发各种功能,书中实例均进行了调试｡ 读者也可以结合实际或者手里现有的开发板开展实验, 均能获得实验结果｡ 实践案例由浅入深, 层层递进, 在帮助读者快速掌握某一外设功能的同时, 有效融合其他外部设备, 如按键､ 触摸屏､ 各类传感器等设计嵌入式系统, 体现学习的系统性｡
本书由张淑清､ 胡永涛､ 张立国､ 姜安琦､ 董明如､ 李梅梅编著｡ 其中, 张淑清编写第1 ~ 3 章, 胡永涛编写第 4 ~ 5 章, 张立国编写第 6 章, 董明如编写第 7 ~ 8 章, 姜安琦和李梅梅编写第 9 ~ 13 章｡
本书的程序调试和实验工作由胡孟飞､ 姜安琦､ 李梅梅､ 李盼､杨丽君､ 杨振宁､ 段晓宁､ 陈荣飞､ 董伟等完成｡吴希军､ 梁振虎､ 胡硕､ 苏连成､ 赵立兴､ 闫朝阳､ 温淑焕等为本书的编写提出了许多宝贵的意见｡ 张晓文､ 张!､ 左一格､ 刘婉､ 胥凤娇､ 苑世玉､ 要俊波等为本书做了许多校对工作｡编 者
前 言
第 1 章 嵌入式系统简介 1
1. 1 嵌入式系统特点及发展趋势 1
1. 1. 1 嵌入式系统特点及应用领域 1
1. 1. 2 嵌入式系统发展趋势 2
1. 2 嵌入式处理器 ARM Cortex - M3
特点 3
1. 3 STM32 系列微控制器 4
1. 3. 1 STM32 系列单片机 4
1. 3. 2 STM32F10x 系列单片机 5
1. 3. 3 STM32 系列单片机开发工具 6
思考与练习 6
第 2 章 嵌入式单片机 STM32
硬件基础 8
2. 1 STM32 系列单片机外部结构 8
2. 1. 1 STM32 系列单片机命名规则 8
2. 1. 2 STM32 系列单片机引脚功能 9
2. 2 STM32 系列单片机内部结构 10
2. 2. 1 STM32F103 处理器内部总线
结构 10
2. 2. 2 STM32F103 处理器内部时钟
系统 12
2. 2. 3 STM32F103 处理器内部复位
系统 13
2. 2. 4 STM32F103 处理器内部存储器
结构 14
2. 3 STM32F103 单片机输入输出口 16
2. 4 STM32F103 最小系统设计 18
思考与练习 20
第 3 章 嵌入式单片机 STM32 软件开发
基础 21
3. 1 Cortex - M3 微控制器软件接口标准
CMSIS 21
3. 1. 1 CMSIS 概述 21
3. 1. 2 STM32F10x 标准外设库 22
3. 2 基于 MDK 和标准库的 STM32 软件开发
过程 25
3. 3 基于 MDK5 的 STM32 软件开发过程 32
思考与练习 35
第 4 章 STM32 单片机的通用功能输入
输出 ( GPIO) 37
4. 1 STM32F10x 的 IO 端口的组成及功能 37
4. 1. 1 STM32F10x 的 IO 端口的基本组成
结构 37
4. 1. 2 通用功能输入输出 ( GPIO) 38
4. 1. 3 复用功能输入输出 ( AFIO) 38
4. 1. 4 外部中断/唤醒功能 38
4. 2 GPIO 常用库函数 39
4. 3 GPIO 使用流程 43
4. 3. 1 普通 GPIO 配置 43
4. 3. 2 IO 复用功能 AFIO 配置 43
4. 4 GPIO 应用设计实例 45
4. 4. 1 GPIO 应用实例 1: 系统工作
指示灯 46
4. 4. 2 GPIO 应用实例 2: 开关量状态
监测 49
思考与练习 58
第 5 章 STM32 单片机外部中断
EXTI 59
5. 1 中断的相关概念 59
5. 2 STM32F103 中断系统组成结构 60
5. 2. 1 中断源及中断向量 60
5. 2. 2 外部中断系统结构 63
5. 3 中断控制 64
5. 3. 1 中断屏蔽控制 64
5. 3. 2 中断优先级控制 65
5. 4 STM32 中断控制库函数 66
5. 4. 1 嵌套向量中断控制器 ( NVIC) 库
函数 66
Ⅳ
目 录
5. 4. 2 STM32 外部中断 EXTI 库函数 70
5. 5 外部中断使用流程 72
5. 5. 1 NVIC 设置 72
5. 5. 2 中断端口配置 73
5. 5. 3 中断处理 73
5. 6 STM32 外部中断应用设计实例 75
5. 6. 1 外部中断应用实例 1: 按键控制
LED 模拟手术室工作状态指示 75
5. 6. 2 外部中断应用实例 2: 烟雾监测
紧急报警 79
思考与练习 81
第 6 章 STM32 通用同步/异步通信 82
6. 1 串行通信简介 82
6. 1. 1 串行通信与并行通信 82
6. 1. 2 串行通信方式 82
6. 1. 3 串行异步通信和串行同步通信 82
6. 1. 4 串行异步通信的数据传输形式 83
6. 1. 5 波特率 83
6. 2 STM32 的 USART 的结构及工作方式 83
6. 2. 1 STM32 的 USART 的结构 83
6. 2. 2 STM32 串行异步通信的工作
方式 85
6. 3 USART 常用库函数 86
6. 4 USART 使用流程 89
6. 5 USART 应用设计实例 91
6. 5. 1 串行异步通信应用实例 1: 收发
信息 91
6. 5. 2 串行异步通信应用实例 2: 上位
机控制 LED 亮灭 94
6. 6 串行通信接口抗干扰设计 97
6. 6. 1 TTL 电平通信接口 97
6. 6. 2 标准串行通信接口 RS - 232C 97
6. 6. 3 RS - 485 双机通信接口 98
思考与练习 99
第 7 章 STM32 通用定时器 100
7. 1 STM32 定时/计数器概述 100
7. 2 STM32 通用定时器的结构 102
7. 2. 1 时钟源 102
7. 2. 2 通用定时器的功能寄存器 103
7. 2. 3 通用定时器的外部触发及
输入/输出通道 104
7. 3 STM32 通用定时器的功能 104
7. 3. 1 定时功能 105
7. 3. 2 计数功能 106
7. 4 通用定时器常用库函数 107
7. 5 通用定时器使用流程 113
7. 5. 1 NVIC 设置 113
7. 5. 2 TIM 中断配置 113
7. 5. 3 定时器中断处理程序 114
7. 6 通用定时器应用设计 114
7. 6. 1 定时器设计实例 1: 精确
延时 114
7. 6. 2 定时器设计实例 2: 串行口定时
上传信息 119
思考与练习 121
第 8 章 STM32 直接存储器存取
DMA 122
8. 1 DMA 简介 122
8. 2 STM32 的 DMA 结构 122
8. 3 DMA 的工作过程 124
8. 4 DMA 常用库函数 125
8. 5 DMA 使用流程 130
8. 6 DMA 应用设计实例: 数据传输 131
思考与练习 141
第 9 章 STM32 的模/数转换器 142
9. 1 STM32 应用系统简介 142
9. 1. 1 STM32 应用系统输入/输出
通道 142
9. 1. 2 ADC 的性能指标 143
9. 2 STM32 的 ADC 结构 144
9. 3 ADC 的工作模式 146
9. 3. 1 开关､ 时钟及通道 146
9. 3. 2 模式控制 147
9. 3. 3 中断和 DMA 请求 148
9. 3. 4 其他功能 148
9. 4 ADC 常用库函数 149
9. 5 ADC 使用流程 155
9. 6 ADC 应用设计 156
9. 6. 1 ADC 应用实例 1: 电压采集及
传输 156
9. 6. 2 ADC 应用实例 2: 模拟数字量
综合测控系统 163
思考与练习 167
第 10 章 STM32 的集成电路总线
I2 C 168
10. 1 I2 C 总线通信简介
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