基於ARM Cortex-M3的STM32嵌入式系統原理及應用（簡體書）

本書系統地闡述了嵌入式系統的原理、架構、設計方法以及工程實際的應用，並以STM32F103微處理器編寫了應用實例。本書共分9章，分別介紹了嵌入式系統的基本概念、STM32微控制器及開發環境。在此基礎上，闡述STM32F103微處理器的GPIO、中斷、串口、定時器、DMA、ADC和RTOS等內容。本書基於STM32CubeMX快速構建STM32工程，運用KEIL軟件進行編譯和仿真，同時可以使用Proteus進行仿真實驗。本書注重理論與應用、每章實例與虛擬仿真環境的有機結合，重視解決工程實際問題。本書所有習題都可以在清覽題庫中找到，提供書中的所提及的全部工程源代碼。

本書可以作為高等院校物聯網、電子工程、自動化及其相關專業的本科生和研究生的教材，也可作為嵌入式科研和工程技術人員的參考用書。

劉闖,沈陽大學，信息工程學院，副教授，博士後，主要從事嵌入式系統、複雜系統建模及智能優化等領域的科研和教學工作。主持中國博士後第69批面上資助項目課題一項和遼寧省重點科技研發計劃項目課題一項，參與橫縱項課題多項。主要科研成果已發表在Information Sciences、Knowledge-Based Systems、Applied Soft Computing、《自動化學報》等國內外核心期刊上。撰寫的論文被SCI、EI等收錄16篇。入選了沈陽市高層次人才、遼寧省“百千萬人才工程”萬層次。

本書系統地闡述了嵌入式系統的基本概念、原理、體系結構、實現技術和典型應用，並以ARM Cortex-M3的STM32為例，首先通過STM32CubeMX配置STM32片內外設（GPIO、中斷、串口、定時器、DMA、ADC）工程，然後借助Keil軟件編譯由STM32CubeMX生成的源程序，最後使用Keil或Protetus進行虛擬仿真驗證程序的執行結果是否正確。本書注重理論與實際嵌入式系統開發的結合、通過每章的案例深入淺出地介紹嵌入式系統的整個開發過程。通過本書的系統學習，使讀者掌握嵌入式系統的基本概念、原理和關鍵技術，能根據實際需求開發一些嵌入式應用系統，同時也為電子工程、物聯網工程、自動化等專業學生形成嵌入式系統開發知識體系和今後從事相關實際工作打下基礎。

隨著“互聯網+”產業升級理念的不斷推進，嵌入式系統在各行各業開花結果。加上物聯網、大數據、云計算、人工智能、5G等技術的助力，促進了傳統行業與信息技術的快速結合，嵌入式系統加快了人類社會發展信息化的進程。在人與物、物與人以及物與物的數據交換過程中，起著溝通橋梁作用的嵌入式系統愈發凸顯，主要是因為嵌入式系統可以實現數據采集、數據發送、數據接收和數據處理的整個過程。可見嵌入式系統是實現傳統行業信息化的基礎，也是實現產業升級的關鍵。隨著嵌入式系統芯片處理能力越來越強，加之傳感器技術以及網絡通信技術的不斷革新，嵌入式系統將成為萬物互聯、數據融合、智能網聯的數字化時代的強有力助推器。

本書系統地闡述了嵌入式系統的基本概念、原理、體系結構、實現技術和典型應用，並以ARM CortexM3的STM32為例進行講解，首先通過STM32CubeMX配置STM32片內外設(GPIO、中斷、串口、定時器、DMA、ADC)工程，然後借助Keil軟件編譯由STM32CubeMX生成的源程序，最後使用Keil或Proteus進行虛擬仿真驗證程序的執行結果是否正確。本書注重理論與實際嵌入式系統開發的結合，通過每章的案例深入淺出地介紹嵌入式系統的整個開發過程。通過本書的系統學習，使讀者掌握嵌入式系統的基本概念、原理和關鍵技術，能根據實際需求開發一些嵌入式應用系統，同時也為電子工程、物聯網工程、自動化等專業學生形成嵌入式系統開發知識體系和今後從事相關實際工作打下基礎。

本書參考了所列參考文獻中的部分內容，在此表示感謝！在本書的編輯過程中，清華大學出版社趙凱編輯對部分章節的文字潤色做了許多工作，在此表示衷心感謝。本書的出版得到清華大學出版社的大力支持； 另外，本書的出版得到2021 年遼寧省普通本科高校校際聯合培養項目(協同創新)、中國博士後科學基金69批面上資助項目(項目批準號： 2021M693858)以及沈陽市中青年科技創新人才支持計劃項目(項目批準號： RC210400)的支持，在此一並表示感謝。

本書可作為普通高等院校電子信息類、電氣工程類、自動化類及其相關專業本科生和研究生的教材，也可作為科研和工程技術人員的參考書。

由於編者水平有限，書中難免存在疏漏和不足之處，敬請廣大讀者批評指正。

編者2022年4月

配套資源：

教學課件

教學大綱

第1章緒論

1.1嵌入式系統的定義

1.1.1嵌入式微處理器的定義

1.1.2外圍I/O接口電路

1.2嵌入式系統的組成

1.2.1硬件層

1.2.2中間層

1.2.3系統層

1.2.4應用層

1.3嵌入式系統的特點

1.4嵌入式系統的分類

1.4.1按嵌入式處理器劃分

1.4.2按外觀差異劃分

1.4.3按操作系統劃分

1.5單片機、嵌入式系統和物聯網三者之間的關係

1.6嵌入式開源硬件系統

1.6.1RISCⅤ

1.6.2Raspberry Pi

1.6.3Arduino

1.6.4MicroPython

1.7嵌入式系統的發展概況與趨勢

1.7.1嵌入式系統的發展概況

1.7.2嵌入式系統的發展趨勢

1.8嵌入式系統應用

本章小結

習題1

第2章STM32微控制器及開發環境

2.1ARM

2.1.1ARM概述

2.1.2ARM系列內核產品

2.1.3ARM寄存器組

2.1.4ARM微處理器的應用領域

2.1.5CISC和RISC指令集

2.2STM32 Cortex微控制器

2.2.1STM32概述

2.2.2STM32最小系統

2.2.3時鐘系統

2.3開發環境

2.3.1STM32CubeMX

2.3.2Keil μVision

2.3.3Proteus

本章小結

習題2

第3章通用輸入/輸出模塊

3.1輸入/輸出

3.2STM32的GPIO

3.3STM32的GPIO庫函數

3.3.1GPIO模塊的標準庫函數

3.3.2GPIO配置步驟

3.4STM32 GPIO應用實例

3.4.1實例標準庫函數開發

3.4.2基於STM32CubeMX的實例開發

本章小結

習題3

第4章中斷機制

4.1中斷概述

4.2STM32的中斷

4.2.1嵌套向量中斷控制器

4.2.2中斷向量表

4.2.3中斷優先級

4.2.4外部中斷

4.3STM32中斷庫函數

4.3.1標準庫函數

4.3.2中斷配置步驟

4.4STM32中斷應用實例

4.4.1應用實例的標準庫函數開發

4.4.2基於STM32CubeMX開發

本章小結

習題4

第5章串口通信

5.1串口通信基礎

5.1.1並行通信和串行通信

5.1.2單工、半雙工和全雙工

5.1.3波特率

5.1.4同步通信和異步通信

5.1.5串口引腳連接

5.2STM32串口通信基礎

5.2.1STM32F103芯片的USART引腳

5.2.2USART功能框圖

5.2.3STM32的UART特點

5.2.4STM32中的UART參數

5.3STM32串口的庫函數

5.3.1串口的標準庫函數

5.3.2STM32串口通信配置步驟

5.4STM32串口通信實例

5.4.1STM32串口通信實例的標準庫函數開發

5.4.2STM32CubeMX基礎配置

本章小結

習題5

第6章定時器

6.1定時器的定義

6.2STM32定時器

6.2.1基本定時器

6.2.2通用定時器

6.2.3高級定時器

6.2.4實時時鐘

6.2.5看門狗

6.2.6系統滴答定時器

6.3PWM

6.3.1概述

6.3.2PWM工作過程

6.3.3PWM配置的具體操作步驟

6.4實例

6.4.1SysTick延時程序

6.4.2基於STM32CubeMX的定時器3延時程序

6.4.3基於STM32CubeMX的定時器1的PWM輸出程序

本章小結

習題6

第7章DMA

7.1DMA概念

7.1.1定義

7.1.2DMA的工作原理

7.2STM32的DMA

7.2.1STM32的DMA的主要特性

7.2.2STM32的DMA框圖

7.2.3STM32的DMA控制器

7.2.4STM32的DMA工作特點

7.2.5STM32的DMA數據配置

7.3STM32的DMA庫函數

7.3.1標準庫函數解析

7.3.2DMA庫函數配置過程

7.4DMA存儲器到存儲器模式實例

本章小結

習題7

第8章ADC

8.1ADC簡介

8.1.1采樣

8.1.2保持

8.1.3量化

8.1.4編碼

8.2STM32的ADC

8.2.1ADC功能介紹

8.2.2ADC功能框圖

8.3STM32的ADC標準庫函數

8.3.1ADC標準庫函數的介紹

8.3.2ADC庫函數配置過程

8.4STM32 ADC實例

8.4.1ADC實例的標準庫函數開發

8.4.2基於STM32CubeMX的ADC項目開發

本章小結

習題8

第9章嵌入式操作系統

9.1概述

9.2典型嵌入式操作系統介紹

9.2.1RTThread

9.2.2LiteOSA

9.2.3TencentOS Tiny

9.2.4μC/OSⅢ

9.2.5eCos

9.2.6FreeRTOS

9.3仿真實驗

本章小結

習題9

參考文獻