嵌入式單片機(jī)STM32設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)

第1 章 ARM 嵌入式系統(tǒng)概述 1

1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介 1

1.1.1 嵌入式系統(tǒng)定義及特征 1

1.1.2 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展 1

1.1.3 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2

1.2 ARM 處理器 3

1.2.1 ARM 處理器分類 3

1.2.2 ARM Cortex 處理器 4

1.2.3 ARM Cortex - M3 處理器 5

1.3 STM32F10x 系列微控制器 6

1.3.1 STM32 微控制器分類 6

1.3.2 STM32F10x 處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7

1.3.3 STM32 系列處理器的優(yōu)點(diǎn) 8

1.3.4 STM32 處理器開發(fā)工具 9

思考與練習(xí) 9

第2 章 STM32 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和最小系統(tǒng) 11

2.1 STM32F103 微控制器外部結(jié)構(gòu) 11

2.2 STM32F103 總線和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 13

2.2.1 總線結(jié)構(gòu) 13

2.2.2 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和映射 14

2.2.3 位帶 17

2.3 時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、啟動(dòng)配置 20

2.3.1 時(shí)鐘控制 20

2.3.2 復(fù)位 22

2.3.3 啟動(dòng)配置 23

2.4 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23

思考與練習(xí) 27

第3 章 基于標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的C 語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 28

3.1 嵌入式C 語言基礎(chǔ) 28

3.1.1 文件結(jié)構(gòu) 28

3.1.2 程序版式 29

3.1.3 C 語言知識(shí)精編 30

3.2 CMSIS---Cortex - M3 微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn) 42

3.2.1 CMSIS 概述 42

3.2.2 STM32F10x 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫 43

3.3 基于MDK 的STM32 開發(fā) 47

3.3.1 Keil MDK 概述 47

3.3.2 開發(fā)過程 47

思考與練習(xí) 52

第4 章 STM32 單片機(jī)通用輸入輸出GPIO 53

4.1 STM32F10x 的輸入輸出基本結(jié)構(gòu) 53

4.2 GPIO 相關(guān)功能寄存器 54

4.3 STM32F10x 的IO 口功能特點(diǎn) 57

4.3.1 通用功能輸入輸出GPIO 58

4.3.2 復(fù)用功能輸入輸出AFIO 58

4.3.3 外部中斷/喚醒線 58

4.4 STM32F10x 的輸入輸出配置 59

4.4.1 GPIO 輸入配置 59

4.4.2 GPIO 輸出配置 60

4.4.3 復(fù)用功能配置 61

4.4.4 模擬輸入配置 61

4.4.5 外設(shè)的GPIO 配置 62

4.5 GPIO 應(yīng)用設(shè)計(jì) 64

4.5.1 GPIO 常用庫函數(shù) 64

4.5.2 GPIO 使用流程 75

4.5.3 GPIO 應(yīng)用實(shí)例 75

思考與練習(xí) 78

第5 章 STM32 單片機(jī)外部中斷 79

5.1 中斷的相關(guān)概念 79

5.2 STM32F103 中斷系統(tǒng)組成 80

5.2.1 中斷源 80

5.2.2 中斷向量 80

5.2.3 中斷控制器 83

5.2.4 相關(guān)功能寄存器 85

5.3 中斷控制 88

5.3.1 中斷屏蔽控制 88

5.3.2 中斷優(yōu)先級(jí)控制 88

5.4 中斷執(zhí)行過程和中斷嵌套 89

5.5 STM32 外部中斷應(yīng)用設(shè)計(jì) 90

5.5.1 STM32 外部中斷常用的庫函數(shù) 90

5.5.2 STM32 中斷的設(shè)計(jì) 100

5.5.3 外部中斷應(yīng)用實(shí)例 105

思考與練習(xí) 108

第6 章 STM32 通用定時(shí)器 110

6.1 STM32 定時(shí)器的組成結(jié)構(gòu) 110

6.1.1 STM32 定時(shí)器概述 110

6.1.2 STM32 通用定時(shí)器的結(jié)構(gòu)特性 112

6.2 通用定時(shí)器相關(guān)寄存器 114

6.3 通用定時(shí)器的功能及工作方式 127

6.3.1 時(shí)鐘的選擇 127

6.3.2 時(shí)基單元 130

6.3.3 計(jì)數(shù)模式 131

6.4 通用定時(shí)器應(yīng)用設(shè)計(jì) 133

6.4.1 通用定時(shí)器常用庫函數(shù) 133

6.4.2 通用定時(shí)器使用流程 143

6.4.3 定時(shí)器設(shè)計(jì)實(shí)例 145

思考與練習(xí) 148

第7 章 STM32 通用同步/異步收發(fā)器USART 150

7.1 串行通信基礎(chǔ) 150

7.1.1 串行通信與并行通信 150

7.1.2 串行通信方式 150

7.1.3 串行通信的數(shù)據(jù)傳輸形式 151

7.1.4 波特率 151

7.2 STM32 的USART 的結(jié)構(gòu)特性 151

7.3 USART 相關(guān)寄存器 153

7.4 STM32 串行通信的工作方式 162

7.4.1 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收 162

7.4.2 多處理器通信 163

7.4.3 其他方式 164

7.5 USART 應(yīng)用設(shè)計(jì) 167

7.5.1 USART 常用庫函數(shù) 167

7.5.2 USART 使用流程 174

7.5.3 STM32 與上位機(jī)通信設(shè)計(jì)實(shí)例 175

7.6 串行通信接口抗干擾設(shè)計(jì) 178

7.6.1 TTL 電平通信接口 179

7.6.2 標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口RS -232C 179

7.6.3 RS -485 雙機(jī)通信接口 180

思考與練習(xí) 180

第8 章 直接存儲(chǔ)器存取DMA 181

8.1 DMA 簡介 181

8.2 STM32 的DMA 結(jié)構(gòu) 181

8.3 DMA 相關(guān)寄存器 183

8.4 DMA 的工作過程 187

8.5 DMA 應(yīng)用設(shè)計(jì) 189

8.5.1 DMA 常用庫函數(shù) 189

8.5.2 DMA 使用流程 198

8.5.3 DMA 數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用實(shí)例 200

思考與練習(xí) 206

第9 章 STM32 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 208

9.1 STM32 應(yīng)用系統(tǒng)輸入輸出通道 208

9.2 ADC 的性能指標(biāo) 209

9.3 STM32 的ADC 的特性與結(jié)構(gòu) 211

9.4 ADC 相關(guān)寄存器 213

9.5 ADC 的工作模式控制 223

9.5.1 開關(guān)、時(shí)鐘及通道 223

9.5.2 模式控制 224

9.5.3 中斷和DMA 225

9.5.4 其他功能 225

9.6 ADC 應(yīng)用設(shè)計(jì) 227

9.6.1 ADC 常用庫函數(shù) 227

9.6.2 ADC 使用流程 238

9.6.3 STM32 的ADC 電壓采集實(shí)例 239

思考與練習(xí) 245

第10 章 STM32 的集成電路總線I2C 246

10.1 I2C 總線概述 246

10.1.1 I2C 總線特點(diǎn) 246

10.1.2 I2C 總線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展 247

10.1.3 I2C 總線術(shù)語 247

10.2 I2C 總線原理 247

10.2.1 I2C 硬件構(gòu)成 247

10.2.2 位傳輸 248

10.2.3 數(shù)據(jù)傳輸格式 249

10.3 STM32 的I2C 的特性和結(jié)構(gòu) 251

10.4 STM32 的I2C 相關(guān)功能寄存器 253

10.5 STM32 的I2C 的通信實(shí)現(xiàn) 263

10.5.1 I2C 主模式 263

10.5.2 I2C 從模式 265

10.5.3 中斷事件和傳輸錯(cuò)誤 266

10.6 I2C 應(yīng)用設(shè)計(jì) 268

10.6.1 I2C 常用庫函數(shù) 268

10.6.2 I2C 使用流程 276

10.6.3 I2C 擴(kuò)展EEPROM 實(shí)例 277

思考與練習(xí) 291

第11 章 串行外設(shè)接口SPI 292

11.1 SPI 基礎(chǔ) 292

11.1.1 SPI 接口定義 292

11.1.2 單機(jī)和多機(jī)通信 292

11.2 STM32 的SPI 特性和結(jié)構(gòu) 294

11.3 SPI 相關(guān)寄存器 296

11.4 STM32 的SPI 工作過程 303

11.4.1 從選擇(NSS)腳管理 303

11.4.2 時(shí)鐘相位與極性 303

11.4.3 SPI 主模式 304

11.4.4 SPI 從模式 305

11.4.5 狀態(tài)標(biāo)志 306

11.4.6 CRC 校驗(yàn) 306

11.4.7 利用DMA 的SPI 通信 307

11.4.8 錯(cuò)誤標(biāo)志 307

11.4.9 中斷 307

11.5 SPI 應(yīng)用設(shè)計(jì) 308

11.5.1 SPI 常用庫函數(shù) 308

11.5.2 SPI 使用流程 315

11.5.3 STM32 的SPI 設(shè)計(jì)實(shí)例 315

思考與練習(xí) 321

第12 章 綜合設(shè)計(jì) 322

12.1 STM32 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 322

12.2 基于STM32 和GSM 的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 322

12.2.1 硬件設(shè)計(jì) 323

12.2.2 軟件設(shè)計(jì) 325

12.3 基于STM32 的Zigbee 無線通信 327

12.3.1 硬件設(shè)計(jì) 328

12.3.2 軟件設(shè)計(jì) 329

12.4 基于STM32 的簡易數(shù)碼相機(jī) 332

12.4.1 硬件設(shè)計(jì) 332

12.4.2 FAT 文件系統(tǒng) 333

12.4.3 FAT16 存儲(chǔ)原理 335

12.4.4 軟件設(shè)計(jì) 336

參考文獻(xiàn) 341

Ⅸ"

書名:嵌入式單片機(jī)STM32設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)

書號(hào):978-7-118-10160-7

作者:張淑清

出版時(shí)間:2015年5月

譯者:

版次:1版1次

開本:16

裝幀:平裝

出版基金:

頁數(shù):341

字?jǐn)?shù):546

中圖分類:TP368.1

叢書名:

定價(jià):45.00

全書共分為12 章 內(nèi)容包括:STM32F103 微控制器結(jié)構(gòu)和最小系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的C 語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)STM32F10x 的通用輸入輸出GPIO 接口、外部中斷、通用定時(shí)器、通用同步/ 異步收發(fā)器USART、直接存儲(chǔ)器存取DMA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、集成電路總線I2C以及串行外設(shè)接口SPI 最后給出基于STM32 和GSM 的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、基于STM32 的Zigbee 無線通信以及基于STM32 的簡易數(shù)碼相機(jī)等綜合設(shè)計(jì)實(shí)例供讀者綜合實(shí)踐參考和使用

本書突出選取內(nèi)容的系統(tǒng)性、實(shí)用性和典型性理論聯(lián)系實(shí)際可作為工科高等院校、高職院校的師生學(xué)習(xí)嵌入式原理及單片機(jī)課程的教材也適于自學(xué)可供從事計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣以及機(jī)電一體化等工作的工程技術(shù)人員閱讀和參考

STM32 F0系列 – ARM? Cortex?-M0入門級(jí)MCU

意法半導(dǎo)體基于ARM? Cortex?-M0的STM32F0系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了32位性能，同時(shí)傳承了STM32系列的重要特性，特別適合成本敏感型應(yīng)用。STM32 F0 MCU集實(shí)時(shí)性能、低功耗運(yùn)算和STM32平臺(tái)的先進(jìn)架構(gòu)及外設(shè)于一身。

STM32 F1系列 – ARM? Cortex?-M3基礎(chǔ)型MCU

STM32 F1系列基礎(chǔ)型MCU滿足了工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)類市場(chǎng)的各種應(yīng)用需求。憑借該產(chǎn)品系列，意法半導(dǎo)體在全球ARMCortex-M 微控制器領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，同時(shí)樹立了嵌入式應(yīng)用的里程碑。該系列利用一流的外設(shè)和低功耗、低壓操作實(shí)現(xiàn)了高性能，同時(shí)還以可接受的價(jià)格、利用簡單的架構(gòu)和簡便易用的工具實(shí)現(xiàn)了高集成度。

STM32 F3系列 – ARM? Cortex?-M4混合信號(hào)MCU(附帶DSP和FPU)

STM32 F3系列單片機(jī)具有運(yùn)行于72 MHz的32位ARM?Cortex?-M4內(nèi)核（帶有FPU和DSP指令）并集成多種模擬外設(shè)，從而降低應(yīng)用成本并簡化應(yīng)用設(shè)計(jì)，它包括：

?超快速比較器（25 ns）

?具有可編程增益的運(yùn)算放大器

? ?12位DAC

?超快速12位ADC，單通道每秒5 M次采樣（每秒五百萬次采樣），交替模式下可達(dá)到每秒18 M次采樣

?精確的16位sigma-deltaADC（21通道）

?內(nèi)核耦合存儲(chǔ)器SRAM（程序加速器）是提高時(shí)間關(guān)鍵程序性能所專用的存儲(chǔ)器架構(gòu)，可將性能提升43%

? ?144 MHz高級(jí)16位脈寬調(diào)制定時(shí)器（分辨率 < 7 ns），用于控制應(yīng)用

?高分辨率定時(shí)器（217 ps），對(duì)供電和溫度漂移可自補(bǔ)償

靈活的互連矩陣可在外設(shè)之間自主式通信，節(jié)省了CPU資源和功耗。

與STM32 F0系列MCU高度兼容，保證了在設(shè)計(jì)不同性能等級(jí)的后續(xù)應(yīng)用時(shí)有卓越的效率。

STM32 F2系列 – ARM? Cortex?-M3高性能MCU

基于ARM? Cortex?-M3的STM32 F2系列單片機(jī)采用意法半導(dǎo)體先進(jìn)的90 nm NVM制程制造而成，具有創(chuàng)新型自適應(yīng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)器加速器（ART加速器?）和多層總線矩陣， 實(shí)現(xiàn)了前所未有的高性價(jià)比。

該系列MCU具有集成度高的特點(diǎn)：整合了1MB Flash存儲(chǔ)器、128KB SRAM、以太網(wǎng)MAC、USB 2.0 HS OTG、照相機(jī)接口、硬件加密支持和外部存儲(chǔ)器接口。

意法半導(dǎo)體的加速技術(shù)使這些MCU能夠在主頻為120 MHz 下實(shí)現(xiàn)高達(dá)150 DMIPS/398 CoreMark的性能，這相當(dāng)于零等待狀態(tài)執(zhí)行，同時(shí)還能保持極低的動(dòng)態(tài)電流消耗水平（175μA/MHz）。

STM32 F4系列 – ARM? Cortex?-M4高性能MCU(附帶DSP和FPU)

基于ARM?? Cortex?-M4的STM32F4系列單片機(jī) (MCU) 采用了意法半導(dǎo)體的NVM工藝和ART加速器?，在180 MHz的工作頻率下通過閃存執(zhí)行指令時(shí)可實(shí)現(xiàn)225DMIPS/608 CoreMark的性能，是迄今所有基于Cortex-M內(nèi)核的微控制器產(chǎn)品所達(dá)到的最高性能得分。

由于采用了動(dòng)態(tài)功耗調(diào)整功能，通過閃存執(zhí)行指令時(shí)的電流消耗范圍為從STM32F410的89 μA/MHz到STM32F439的260μA/MHz。

STM32F4系列包括11條兼容的數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）產(chǎn)品線，是MCU實(shí)時(shí)控制功能與DSP信號(hào)處理功能的完美結(jié)合體

STM32 F7系列 – ARM? Cortex?-M7高性能MCU

得益于意法半導(dǎo)體的ART Accelerator?加速器以及一級(jí)高速緩存【L1 CACHE】，不論是從內(nèi)部閃存還是外部存儲(chǔ)器執(zhí)行程序，STM32F7微控制器均能釋放Cortex-M7內(nèi)核的高性能理論值: 在216 MHz fCPU主頻時(shí)，性能測(cè)試取得1082 CoreMark/462 DMIPS的成績。

STM32 H7系列 - ARM? Cortex?-M7超高性能MCU

利用L1緩存，STM32H732位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了Cortex-M7內(nèi)核的高理論性能——無論是從嵌入式閃存還是外部存儲(chǔ)器來執(zhí)行代碼：400MHz 處理器頻率下性能可達(dá)到 2010 CoreMark /856 DMIPS。

STM32 L0系列 – ARM? Cortex?-M0+超低功耗MCU

ARM?Cortex?-M0+內(nèi)核與STM32單片機(jī)超低功耗特性的獨(dú)有結(jié)合，使STM32 L0 MCU非常適合電池供電或供電來自能量收集的應(yīng)用。STM32 L0微控制器提供了動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)、超低功耗時(shí)鐘振蕩器、LCD接口、比較器、DAC及硬件加密。

新的自主式外設(shè)（包括USART、I2C、觸摸傳感控制器）分擔(dān)了ARMCortex-M0+內(nèi)核的負(fù)荷，減少了CPU喚醒次數(shù)，因此有助于減少處理時(shí)間及功耗。

STM32 L1系列 – ARM? Cortex?-M3超低功耗MCU

基于ARM? Cortex?-M3的STM32L1系列MCU采用ST專有的超低泄漏制程，具有創(chuàng)新型自主動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能和5種低功耗模式，STM32 L1系列mcu擴(kuò)展了超低功耗的理念，并且不會(huì)犧牲性能。

與STM32 L0及STM8L一樣，STM32L1單片機(jī)提供了動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)、超低功耗時(shí)鐘振蕩器、LCD接口、比較器、DAC及硬件加密功能。

這種創(chuàng)新型架構(gòu)（電壓調(diào)節(jié)、超低功耗MSI振蕩器）能夠以極低的功耗預(yù)算為您的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更高的性能。大量嵌入式外設(shè)，例如USB、LCD接口、運(yùn)算放大器、比較器、具有快速開/關(guān)模式的ADC、DAC、電容觸摸和AES，為STM32L1系列MCU提供了一個(gè)可擴(kuò)展平臺(tái)

STM32 L4系列 – ARM? Cortex?-M4超低功耗MCU

STM32L4 MCU在超低功耗微控制器效率的標(biāo)準(zhǔn)化EEMBC? ULPBench?測(cè)試中獲得253分【該測(cè)試是用來對(duì)各類低功耗微處理器做低功耗效率比較的標(biāo)準(zhǔn)】。此外，STM32L4系列單片機(jī)打破了當(dāng)前超低功耗領(lǐng)域的性能極限?；趲PU的ARM?Cortex?-M4內(nèi)核以及意法半導(dǎo)體ART Accelerator?技術(shù)的前提下，該系列在80MHz CPU頻率下的性能可達(dá)到100 DMIPS。

STM32L4系列MCU可以根據(jù)微處理器運(yùn)行時(shí)不同的應(yīng)用需求來適時(shí)調(diào)整電壓從而實(shí)現(xiàn)功耗的動(dòng)態(tài)平衡。該功能適用于STOP模式下的低功耗外設(shè)（LP UART、LP定時(shí)器）、安全和保密特性、大量智能外設(shè)，以及諸如運(yùn)算放大器、比較器、LCD、12位DAC和16位ADC（硬件過采樣）等先進(jìn)的低功耗模擬外設(shè)。

以STM32F103RBT6這個(gè)型號(hào)的芯片為例，該型號(hào)的組成為7個(gè)部分，其命名規(guī)則如下: