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采用由簡(jiǎn)到難的編寫(xiě)思路， 首先介紹簡(jiǎn)單嵌入式發(fā)展趨勢(shì)和概念，然后逐步到功能性開(kāi)發(fā)，舉例分析，*后加深難度，介紹高級(jí)應(yīng)用，從而使讀者很容易理解和消化。全書(shū)共10章，第1~3章介紹了嵌入式系統(tǒng)的基本概念、常用芯片、工具和嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程； 第4章介紹了配套學(xué)習(xí)板的原理圖和設(shè)計(jì)思路； 第5~7章介紹了STM32的基本使用和各種外設(shè)的驅(qū)動(dòng)以及開(kāi)發(fā)應(yīng)用，并列舉了各種典型的應(yīng)用實(shí)例； 第8章介紹了c/OSⅡ在STM32上的應(yīng)用情況； 第9章詳細(xì)介紹了STM32嵌入式系統(tǒng)中可以使用的一些經(jīng)典實(shí)用算法； 第10章從實(shí)用角度列舉了支持MODBUS通信協(xié)議的通用控制器開(kāi)發(fā)實(shí)例。 本書(shū)中列舉的實(shí)例具有一定難度，適合具有一定嵌入式基礎(chǔ)的讀者使用，初學(xué)者請(qǐng)參考本書(shū)提供的共享資料和開(kāi)發(fā)板的應(yīng)用代碼。本書(shū)的編寫(xiě)強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和易用性，希望能解決讀者學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一些實(shí)際困難和問(wèn)題。

《ARM Cortex-M3嵌入式開(kāi)發(fā)及應(yīng)用（STM32系列）》采用由簡(jiǎn)到難的編寫(xiě)思路講述嵌入式開(kāi)發(fā)的流程，使讀者很容易進(jìn)行理解和消化。本書(shū)的編寫(xiě)強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和易用性，希望能解決大家學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一些實(shí)際困難問(wèn)題。本書(shū)代碼豐富，可以有效地幫助讀者進(jìn)行嵌入式技術(shù)的理解和學(xué)習(xí)，更適合動(dòng)手能力比較強(qiáng)的讀者進(jìn)行快速學(xué)習(xí)。注重代碼的實(shí)用性，讀者可以直接使用例程中的代碼開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用，并快速完成新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。書(shū)中各項(xiàng)技術(shù)配套了開(kāi)發(fā)板，讀者可以根據(jù)書(shū)中提供的代碼在開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行學(xué)習(xí)和測(cè)試，一起達(dá)到比較好的學(xué)習(xí)效果。

Foreword
前言


嵌入式系統(tǒng)被描述為以應(yīng)用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格綜合性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由嵌入式硬件和嵌入式軟件兩部分組成。硬件是支撐，軟件是靈魂，幾乎所有的嵌入式產(chǎn)品中都需要嵌入式軟件來(lái)提供靈活多樣而且應(yīng)用特制的功能。由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，嵌入式軟件在整個(gè)軟件產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了重要地位，并受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，如今已成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的明星之一。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)取得了更加迅猛的發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)也開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)被稱為后PC技術(shù)的時(shí)代。20多年來(lái)，嵌入式操作系統(tǒng)得到飛速的發(fā)展： 微處理器從8位到16位、32位甚至64位； 從支持單一品種的CPU芯片到支持多品種的； 從單一內(nèi)核到除了內(nèi)核外還提供其他功能模塊，如文件系統(tǒng)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、窗口圖形系統(tǒng)等，并形成包括嵌入式操作系統(tǒng)、中間平臺(tái)軟件在內(nèi)的嵌入式軟件體系。硬件技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)軟件向運(yùn)行速度更快、支持功能更強(qiáng)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)更便捷的方向不斷發(fā)展。各種裝備與設(shè)備上嵌入式計(jì)算與系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大地推動(dòng)了行業(yè)的滲透性應(yīng)用。各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用數(shù)量上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用計(jì)算機(jī)，任何一個(gè)普通人可能擁有從大到小的各種使用嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，小到MP3、PDA等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車載電子設(shè)備。而在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，使用嵌入式技術(shù)的數(shù)字機(jī)床、智能工具、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人也將逐漸改變了傳統(tǒng)的工業(yè)和服務(wù)方式。
隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入和產(chǎn)業(yè)化程度的不斷提升，新的應(yīng)用環(huán)境和產(chǎn)業(yè)化需求對(duì)嵌入式系統(tǒng)軟件提出了更加嚴(yán)格的要求。在新需求的推動(dòng)下，嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核不僅需要具有微型化、高實(shí)時(shí)性等基本特征，還將向高可信性、自適應(yīng)性、構(gòu)件組件化方向發(fā)展； 支撐開(kāi)發(fā)環(huán)境將更加集成化、自動(dòng)化、人性化； 系統(tǒng)軟件對(duì)無(wú)線通信和能源管理的功能支持將日益重要。本書(shū)主要內(nèi)容來(lái)自于我們研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)踐，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)積累的經(jīng)驗(yàn)匯集，內(nèi)容更重要地契合于嵌入式開(kāi)發(fā)應(yīng)用的實(shí)踐。本書(shū)以STM32F103MCU應(yīng)用為主要內(nèi)容，詳細(xì)介紹了STM32F103系列MCU的各種功能及其擴(kuò)展應(yīng)用，并且列舉了這些功能應(yīng)用的實(shí)例。這些實(shí)例都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試、可直接應(yīng)用到實(shí)踐中的例程應(yīng)用。讀者可以根據(jù)自身的需求和功能進(jìn)行訂制和修改。本書(shū)所列舉的代碼都是基于3.5版本最新的庫(kù)函數(shù)驅(qū)動(dòng)。
主要內(nèi)容本書(shū)采用由簡(jiǎn)到難的編寫(xiě)思路，首先介紹簡(jiǎn)單嵌入式發(fā)展趨勢(shì)和概念，然后逐步到功能性開(kāi)發(fā)，舉例分析，最后加深難度，介紹到高級(jí)應(yīng)用，從而使讀者很容易進(jìn)行理解和消化。第1~3章介紹了嵌入式系統(tǒng)的基本概念、常用芯片、工具和嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程； 第4章介紹了配套學(xué)習(xí)板的原理圖和設(shè)計(jì)思路； 第5~7章介紹了STM32的基本使用和各種外設(shè)的驅(qū)動(dòng)以及開(kāi)發(fā)應(yīng)用，并列舉了各種典型的應(yīng)用實(shí)例； 第8章介紹了C/OSⅡ在STM32上的應(yīng)用情況； 第9章詳細(xì)介紹了STM32嵌入式系統(tǒng)中可以使用的一些經(jīng)典實(shí)用算法； 第10章從實(shí)用角度列舉了支持MODBUS通信協(xié)議的通用控制器開(kāi)發(fā)實(shí)例。本書(shū)中列舉的實(shí)例具有一定難度，適合具有一定基礎(chǔ)的讀者使用，初學(xué)者請(qǐng)參考所帶光盤(pán)和開(kāi)發(fā)板的應(yīng)用代碼。本書(shū)的編寫(xiě)強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和易用性，希望能解決讀者學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一些實(shí)際困難和問(wèn)題。



讀者群定位本書(shū)的讀者需要具有一定的C語(yǔ)言、單片機(jī)以及硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，適合從事嵌入式開(kāi)發(fā)的技術(shù)人員、STM32的初學(xué)者以及大專院校電子類專業(yè)的學(xué)生，也適合從8位、16位跨越到32位MCU開(kāi)發(fā)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)人員。本書(shū)可以作為大專院校課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)或者電子競(jìng)賽的培訓(xùn)和指導(dǎo)教材，也可作為本、專科的單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的教材。書(shū)中包含代碼下載使用本書(shū)中所包含的代碼測(cè)試程序均可在WWW.SEIPHER.COM下載，下載內(nèi)容包括： 開(kāi)發(fā)板的各項(xiàng)功能測(cè)試代碼、已經(jīng)移植好的C/OS Ⅱ的模板代碼，讀者可以直接下載和編譯。編譯環(huán)境為Keil MDK 5.0以上版本。讀者可以直接使用例程中的代碼開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用，并快速完成新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。聯(lián)系作者讀者在使用本書(shū)的過(guò)程中，如果遇到相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，或者對(duì)DevStm 4.0開(kāi)發(fā)板有興趣，可以通過(guò)電子郵件和作者聯(lián)系（zxm@seipher.com）,作者將盡最大努力與廣大讀者一起解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，共同進(jìn)步。致謝本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，得到了作者所在公司同事和家人的理解和大力支持，清華大學(xué)出版社劉星編輯也做了大量的支持工作，感謝王長(zhǎng)樂(lè)、趙偉萍分別審閱了本書(shū)的相關(guān)章節(jié)內(nèi)容。本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中參考了大量的文獻(xiàn)資料，一些資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)和開(kāi)源社區(qū)，書(shū)后的參考文獻(xiàn)未能一一列舉，再次對(duì)原作者和開(kāi)源社區(qū)表示誠(chéng)摯的謝意。由于作者水平有限，加之編寫(xiě)時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免存在不足和疏漏之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
作者2016年6月

張新民：男，43歲，1996年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)信息工程專業(yè)。主要從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、RFID通信系統(tǒng)的研究工作。個(gè)人專注并研究的領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的系統(tǒng)分析及構(gòu)架設(shè)計(jì)；基于ARM及DSP的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)；基于C/OS-Ⅱ/GUI、SYS/BIOS的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用；嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的可靠應(yīng)用。自2005年至今，先后帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)參與并主導(dǎo)了多項(xiàng)涉及國(guó)家十五、十一五及865計(jì)劃的重大專項(xiàng)，并取得了突出的成績(jī)。

目錄

Contents

第1章嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

1.1嵌入式開(kāi)發(fā)的基本概念

1.1.1嵌入式系統(tǒng)的基本組成

1.1.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1.3嵌入式系統(tǒng)的組成

1.3.1硬件層

1.3.2中間層

1.3.3系統(tǒng)軟件層

1.4嵌入式系統(tǒng)相關(guān)概念

1.4.1嵌入式處理器

1.4.2嵌入式外圍設(shè)備

1.4.3嵌入式操作系統(tǒng)

1.4.4嵌入式應(yīng)用軟件

1.5應(yīng)用領(lǐng)域

第2章ARM技術(shù)概述

2.1ARM體系構(gòu)架

2.1.1哈佛結(jié)構(gòu)

2.1.2馮·諾依曼結(jié)構(gòu)

2.2ARM的RISC結(jié)構(gòu)特性

2.3常用ARM處理器系列

2.4ARM體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)特征

2.5ARM的流水線

2.6Thumb指令集

2.7Thumb2指令集

第3章基于STM32的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

3.1STM32F103系列MCU簡(jiǎn)介

3.1.1MCU基本功能

3.1.2系統(tǒng)性能分析

3.2低功耗版本STM32L系列

3.3STM32的開(kāi)發(fā)工具

3.4STM32的固件庫(kù)文件

3.5STM32的啟動(dòng)文件

3.6JTAG簡(jiǎn)介

3.7JTAG調(diào)試STM32F103過(guò)程

3.8SWD仿真模式

3.9JTAG接口及仿真器接口定義

3.10ISP下載器及常用工具

ARM Cortex-M3嵌入式開(kāi)發(fā)及應(yīng)用（STM32系列）

第4章DevStm 4.0開(kāi)發(fā)板硬件及設(shè)計(jì)

4.1電源電路

4.2MCU外圍電路

4.3復(fù)位電路

4.4晶振電路

4.5啟動(dòng)模式設(shè)置電路

4.6EEPROM電路

4.7串口電路

4.8RS485接口電路

4.9SD卡接口電路

4.10JTAG電路

4.11按鍵檢測(cè)電路

4.12開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路

4.13網(wǎng)絡(luò)接口電路

4.14PWM驅(qū)動(dòng)LED電路

4.15片載A/D轉(zhuǎn)換電路

4.16AD7708 16位高精度A/D轉(zhuǎn)換電路

4.17CAN總線接口電路

4.18OLED顯示接口電路

4.19繼電器驅(qū)動(dòng)電路

4.20SeiSite接口

4.21開(kāi)發(fā)板原件PCB布局及接口指示說(shuō)明

第5章STM32基本應(yīng)用技術(shù)

5.1GPIO通用輸入/輸出接口

5.1.1GPIO端口結(jié)構(gòu)

5.1.2GPIO口輸入/輸出模式

5.1.3GPIO的庫(kù)函數(shù)操作

5.1.4GPIO使用示例

5.2系統(tǒng)滴答定時(shí)器

5.2.1SysTick端口結(jié)構(gòu)

5.2.2SysTick操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

5.2.3SysTick使用示例

5.3復(fù)位、系統(tǒng)時(shí)鐘及實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC

5.3.1復(fù)位

5.3.2時(shí)鐘

5.3.3復(fù)位及時(shí)鐘操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

5.3.4時(shí)鐘使用示例

5.4NVIC嵌套向量中斷控制器

5.4.1中斷優(yōu)先級(jí)

5.4.2中斷函數(shù)定義

5.4.3NVIC操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

5.4.4NVIC使用示例

5.5EXTI外部中斷

5.5.1GPIO外部中斷

5.5.2EXTI操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

5.5.3EXTI使用示例

5.6電源控制PWR

5.6.1獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器供電和參考電壓

5.6.2電池備份區(qū)域

5.6.3電壓調(diào)節(jié)器

5.6.4電源管理器

5.6.5低功耗模式

5.6.6低功耗模式下的自動(dòng)喚醒

5.6.7PWR操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

5.6.8PWR使用示例

第6章STM32F103的進(jìn)階設(shè)計(jì)及應(yīng)用

6.1TIMx定時(shí)器

6.1.1TIM1和TIM8高級(jí)定時(shí)器

6.1.2普通定時(shí)器TIMx

6.1.3基本定時(shí)器TIM6和TIM7

6.1.4定時(shí)器相關(guān)的時(shí)鐘源

6.1.5計(jì)數(shù)器模式

6.1.6定時(shí)器操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

6.1.7TIMx使用示例

6.2外設(shè)DMA技術(shù)

6.2.1DMA基本概念

6.2.2DMA1和DMA2請(qǐng)求詳表

6.2.3DMA操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

6.2.4DMA使用示例

6.3備份域寄存器

6.3.1BKP的工作機(jī)制

6.3.2BKP操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

6.3.3BKP使用示例

6.4ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

6.4.1ADC主要特征

6.4.2ADC功能介紹

6.4.3ADC操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

6.4.4ADC使用示例

6.5DAC數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

6.5.1DAC的主要特征

6.5.2DAC的功能介紹

6.5.3DAC操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

6.5.4DAC使用示例

6.6看門(mén)狗定時(shí)器

6.6.1看門(mén)狗應(yīng)用介紹

6.6.2獨(dú)立看門(mén)狗IWDG

6.6.3窗口看門(mén)狗WWDG

6.6.4看門(mén)狗操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

6.6.5看門(mén)狗使用示例

第7章STM32F103的通信接口及應(yīng)用

7.1USART串行通信技術(shù)

7.1.1USART介紹

7.1.2USART主要特性

7.1.3USART功能概述

7.1.4USART操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

7.1.5USART使用示例

7.2SPI通信接口應(yīng)用

7.2.1SPI簡(jiǎn)介

7.2.2SPI和I2S主要特征

7.2.3SPI功能介紹

7.2.4時(shí)鐘信號(hào)的相位和極性

7.2.5SPI工作模式

7.2.6SPI操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

7.2.7SPI使用示例

7.3I2C通信接口應(yīng)用

7.3.1I2C主要特點(diǎn)

7.3.2I2C功能描述

7.3.3I2C從模式

7.3.4SDA/SCL線控制

7.3.5SMBus介紹

7.3.6I2C操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

7.3.7I2C使用示例

7.4CAN總線通信接口應(yīng)用

7.4.1bxCAN介紹

7.4.2bxCAN主要特點(diǎn)

7.4.3bxCAN總體描述

7.4.4bxCAN工作模式

7.4.5測(cè)試模式

7.4.6CAN操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

7.4.7CAN使用示例

7.5SDIO接口應(yīng)用

7.5.1SD卡內(nèi)部及引腳示意圖

7.5.2SD卡及SPI模式引腳名稱

7.5.3Micro SD引腳示意圖

7.5.4SD模式

7.5.5SDIO操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù)

7.5.6SDIO使用示例

第8章C/OSⅡ在STM32上的應(yīng)用

8.1C/OSⅡ的發(fā)展歷史

8.2C/OSⅡ體系結(jié)構(gòu)

8.2.1任務(wù)管理

8.3.2時(shí)間管理

8.2.3內(nèi)存管理

8.2.4通信同步

8.3C/OSⅡ關(guān)鍵函數(shù)

8.4C/OSⅡ中斷編程

8.5C/OSⅡ的學(xué)習(xí)方法

8.6C/OSⅡ的使用實(shí)例解析

第9章STM32中嵌入式應(yīng)用信號(hào)處理算法

9.1線性濾波算法

9.1.1卡爾曼濾波算法應(yīng)用

9.1.2卡爾曼濾波算法機(jī)理

9.1.3簡(jiǎn)單例子

9.2常用濾波算法

9.2.1程序判數(shù)濾波

9.2.2中值濾波

9.2.3滑動(dòng)算術(shù)平均值濾波

9.2.4滑動(dòng)加權(quán)平均值濾波

9.2.5防脈沖干擾平均值濾波

9.2.6低通數(shù)字濾波

9.3PID過(guò)程控制算法

9.3.1模擬控制系統(tǒng)

9.3.2微機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)

9.3.3數(shù)字控制系統(tǒng)

9.3.4模擬PID調(diào)節(jié)器

9.3.5數(shù)字PID控制器

9.3.6PID算法的程序流程

9.3.7標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)

9.3.8積分項(xiàng)的改進(jìn)

9.3.9采樣周期的選擇

9.3.10數(shù)字PID控制的參數(shù)選擇

9.3.11數(shù)字PID控制的工程實(shí)現(xiàn)

9.3.12偏差處理

9.4開(kāi)關(guān)量濾波算法

第10章STM32開(kāi)發(fā)工業(yè)級(jí)控制器應(yīng)用

10.1工業(yè)級(jí)控制器的基本要求

10.2基于STM32F103設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)控制器設(shè)計(jì)原理圖

10.3硬件關(guān)鍵設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)解析

10.3.1光耦隔離輸入檢測(cè)電路

10.3.2基于達(dá)靈頓管的信號(hào)繼電器驅(qū)動(dòng)

10.3.3OLED顯示驅(qū)動(dòng)接口驅(qū)動(dòng)

10.4Modbus通信協(xié)議

10.4.1Modbus協(xié)議概述

10.4.2Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)幀

10.4.3Modbus RTU通信結(jié)構(gòu)模型

10.4.4Modbus RTU協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

參考文獻(xiàn)