本书基于STM32芯片及Proteus仿真开发来讲述嵌入式微控制器原理与设计,主要内容包括:嵌入式系统开发的相关背景;嵌入式ARM芯片体系结构及汇编语言;嵌入式系统开发环境、工具、编程语言及库函数;嵌入式芯片基本组成、小系统、下载方式和低功耗模式;嵌入式芯片接口和嵌入式操作系统。本书分别对微控制器常见的GPIO、中断、异步串行通信、同步串行通信、**定时器、通用定时器、滴答时钟、ADC、DMA、总线及USB接口进行了讲解;同时对嵌入式物联网操作系统进行了介绍,基于?C/OS-II展开并说明嵌入式操作系统的核心内容和功能;后通过一个小车的实例说明嵌入式系统综合实例的实现过程。本书在讲解各个知识点的同时设计了Proteus仿真开发实例,从而有助于读者对各个知识点的理解。本书可作为高等院校电子工程、自动化、计算机科学及技术和电气工程等专业教材和参考书,也可供相关工程技术人员参考。

第1章 嵌入式系统与微控制器1 1.1 嵌入式系统相关概念1 1.1.1 什么是嵌入式系统1 1.1.2 嵌入式系统的特点1 1.1.3 嵌入式系统主要组成1 1.1.4 嵌入式芯片类型3 1.2 微控制器4 1.2.1 微控制器特点4 1.2.2 微控制器芯片型号及发展历史4 1.2.3 ARM微控制器介绍6 1.2.4 STM32 ARM Cortex-M微控制器7 1.3 嵌入式系统开发8 1.3.1 方案设计及芯片选型8 1.3.2 嵌入式系统硬件开发8 1.3.3 嵌入式系统软件开发9 1.3.4 嵌入式代码编译11 1.3.5 嵌入式代码下载及调试11 1.4 微控制器芯片的发展趋势12 习题113 第2章 微控制器体系结构及汇编语言14 2.1 Cortex-M3内核体系架构15 2.1.1 Cortex-M3总体架构15 2.1.2 Cortex-M3总线接口16 2.1.3 Cortex-M3寄存器16 2.1.4 Cortex-M3操作模式18 2.1.5 Cortex-M3存储器映射19 2.1.6 流水线19 2.1.7 ���常和中断20 2.1.8 存储器保护单元(MPU)20 2.2 汇编指令寻址方式20 2.3 ARM指令集22 2.3.1 指令基本形式22 2.3.2 ARM指令集条件码23 2.3.3 ARM指令种类23 2.4 Thumb指令集28 习题229 第3章 微控制器硬件系统31 3.1 微控制器概述31 3.1.1 STM32F103内部结构31 3.1.2 STM32F103常用接口33 3.1.3 STM32F103系列微控制器简介35 3.2 微控制器基本电路36 3.2.1 电源电路36 3.2.2 复位电路37 3.2.3 时钟源38 3.2.4 时钟管理单元39 3.2.5 下载电路41 3.2.6 启动配置电路42 3.3 微控制器低功耗模式43 习题344 第4章 微控制器软件开发45 4.1 微控制器开发语言45 4.1.1 开发语言介绍45 4.1.2 嵌入式C语言46 4.2 微控制器开发库函数51 4.2.1 STM32开发库函数介绍51 4.2.2 STM32 STD库53 4.2.3 STM32 HAL库和LL库54 4.3 微控制器开发环境56 4.3.1 MDK开发环境56 4.3.2 STM32CubeMX软件57 4.4 微控制器虚拟仿真环境58 4.5 微控制器程序调试和下载60 习题461 第5章 GPIO62 5.1 GPIO结构及特点62 5.1.1 GPIO功能模式62 5.1.2 GPIO特点及操作63 5.1.3 GPIO开发实例64 5.2 GPIO寄存器开发方式65 5.2.1 GPIO寄存器说明65 5.2.2 GPIO寄存器实现应用实例66 5.3 GPIO STD库开发方式67 5.3.1 GPIO STD库函数说明67 5.3.2 GPIO STD库应用实例69 5.4 GPIO HAL库开发方式71 5.4.1 GPIO HAL库函数说明71 5.4.2 GPIO HAL库应用实例73 5.5 GPIO LL库开发方式76 5.5.1 GPIO LL库函数说明76 5.5.2 GPIO LL库应用实例79 5.6 GPIO应用开发实例80 5.6.1 数码管显示实例80 5.6.2 行列式键盘扫描实例83 习题586 第6章 中断87 6.1 STM32中断简介87 6.2 嵌套向量中断控制器89 6.2.1 NVIC寄存器89 6.2.2 系统控制寄存器(SCB)89 6.2.3 中断和异常处理90 6.2.4 STM32中断优先级91 6.3 EXTI外部中断92 6.3.1 EXTI硬件结构92 6.3.2 EXTI中断操作93 6.4 EXTI中断应用实例94 习题695 第7章 串行通信96 7.1 串行通信简介96 7.1.1 串行通信基础知识96 7.1.2 微控制器常见串行通信方式97 7.2 STM32 USART接口98 7.2.1 USART硬件引脚98 7.2.2 USART主要寄存器及中断请求99 7.2.3 UART异步通信100 7.2.4 USART其他功能模式101 7.3 UART异步串行操作102 7.3.1 串行数据发送和接收102 7.3.2 UART数据发送和接收应用实例104 7.3.3 RS-232接口107 7.3.4 printf串口终端实现109 7.3.5 RS-485接口110 7.4 基于串口的无线通信111 7.4.1 移动通信112 7.4.2 蓝牙串口112 7.4.3 串口无线网络(WiFi)113 7.4.4 ZigBee通信113 7.5 SPI通信113 7.5.1 STM32 SPI接口113 7.5.2 SPI接口应用实例115 习题7117 第8章 定时器118 8.1 定时器概述118 8.1.1 通用定时器119 8.1.2 **定时器119 8.1.3 **/通用定时器接口119 8.1.4 定时器引脚和寄存器122 8.1.5 定时器时钟源123 8.1.6 定时器计数模式123 8.2 定时器操作124 8.2.1 定时功能及实例124 8.2.2 计数功能及实例127 8.2.3 捕获功能及实例129 8.2.4 输出PWM模式及实例131 8.2.5 其他功能模式134 8.3 系统滴答定时器(SysTick)135 8.3.1 SysTick工作分析及配置136 8.3.2 SysTick功能实现136 8.4 看门狗定时器(WDT)138 8.4.1 独立看门狗138 8.4.2 窗口看门狗139 8.4.3 独立看门狗与窗口看门狗的区别141 8.5 实时时钟(RTC)141 习题8145 第9章 ADC146 9.1 ADC概述146 9.1.1 STM32的ADC功能146 9.1.2 STM32的ADC结构146 9.1.3 STM32芯片的ADC引脚148 9.1.4 STM32的ADC工作模式149 9.1.5 STM32的ADC主要寄存器153 9.2 ADC应用实例154 9.2.1 实例主要库函数说明154 9.2.2 ADC查询和中断实例155 习题9157 第10章 DMA158 10.1 DMA概述158 10.1.1 STM32的DMA特性158 10.1.2 STM32的DMA主要寄存器160 10.2 DMA应用实例160 10.2.1 ADC数据采集DMA方式160 10.2.2 串口发送DMA方式161 习题10163 第11章 其他接口164 11.1 I2C总线164 11.1.1 I2C总线介绍164 11.1.2 STM32的I2C总线165 11.1.3 I2C总线应用实例167 11.2 CAN总线171 11.2.1 CAN总线介绍171 11.2.2 STM32的CAN总线173 11.3 USB总线173 11.3.1 USB简介173 11.3.2 STM32的USB接口174 习题11174 第12章 嵌入式操作系统175 12.1 嵌入式操作系统概述175 12.1.1 传统小型嵌入式操作系统175 12.1.2 嵌入式小型物联网操作系统176 12.1.3 嵌入式操作系统实时性特点178 12.2 μC/OS-II嵌入式操作系统178 12.2.1 μC/OS-II特性179 12.2.2 μC/OS-II主要代码说明179 12.2.3 μC/OS-II的启动过程181 12.3 μC/OS-II操作系统移植181 12.3.1 移植规划181 12.3.2 编写OS_CPU.H182 12.4 μC/OS-II内核结构184 12.4.1 μC/OS-II的任务状态184 12.4.2 任务控制块OS_TCB185 12.4.3 μC/OS-II的任务调度186 12.4.4 μC/OS-II的任务切换187 12.4.5 μC/OS-II的中断处理188 12.5 μC/OS-II任务、时间及事件控制块188 12.5.1 任务管理188 12.5.2 时间管理189 12.5.3 事件控制块191 12.6 互斥信号量(Mutex)192 12.6.1 互斥信号量介绍192 12.6.1 互斥信号量实例192 12.7 信号量194 12.7.1 概述194 12.7.2 信号量任务同步实例195 12.7.3 信号量资源共享实例197 12.7.4 中断服务程序与任务同步实例198 12.8 事件标志组200 12.8.1 概述200 12.8.2 事件标志组操作201 12.9 消息邮箱202 12.9.1 概述202 12.9.2 消息邮箱操作203 12.10 消息队列205 12.10.1 概述205 12.10.2 消息队列操作206 12.11 动态内存管理207 12.11.1 概述207 12.11.2 动态内存管理操作实例207 习题12208 第13章 综合设计实例209 13.1 嵌入式系统开发流程209 13.2 嵌入式系统开发实例210 13.2.1 小车系统及整体设计210 13.2.2 硬件设计说明210 13.2.3 软件设计说明214 习题13219 参考文献220