ARMCortex-M3嵌入式系统原理及应用——STM系列微处理器体系结构、编程与项目实战

教学资源

（1）教学课件 配书教案（PPT）可到清华大学出版社网站本书页面下载。

（2）程序代码 配书实例程序可到清华大学出版社网站本书页面下载。

（3）电路图 配书电路图可到清华大学出版社网站本书页面下载。

本书特色

本书系统论述了ARM Cortex-M3嵌入式微处理器 (STM32系列)的原理、架构、编程与项目开发，是多年教学与项目开发经验的系统总结，具有如下特色：

（1）易教易学：从最基本的I/O端口配置讲起，依次介绍了中断、串口通信、A/D转换、定时器、CAN总线等基本功能，便于读者理解和运用。

（2）前后衔接：强调知识内容和分析方法的前后连贯性，并妥善处理好与前期课程和后续课程的衔接性。

（3）层次分明：深入浅出地介绍了STM32系列微处理器的原理、架构、编程与项目开发，循序渐进，环环相扣，前后呼应。

本书从CortexM3处理器入手，从编程软件的使用及STM32的I/O端口配置讲起，详细阐述STM32微处理器的用法，深入浅出地介绍STM32微处理器的重要内容，主要包括基本I/O口、中断、ADC、定时器等。最后几章给出了来源于科研课题（如平衡车设计、电子秤设计等）和学生电子设计大赛作品的多个案例。这些案例都较好地诠释了STM32的典型应用，可以帮助读者快速入门并且上手操作，读者再综合前面学习的内容，可以自行设计作品，达到活学活用。本书配套提供全部设计电路图、源代码等素材，读者可以通过QQ群、发邮件等方式获得这些素材及在线答疑服务，方便学习。

本书可作为高等院校计算机、电子信息、通信工程及自动控制等相关专业的参考书，也可作为相关技术人员的参考书。

冯新宇：男，1978年出生，教授，主要从事电子工程方面的教学与科研工作，在嵌入式系统设计方面具有丰富的教学和实践经验。发表论文30余篇，主编学术专著4部；获得科技奖项1项。

第1章ARM CortexM3核介绍

1.1本章导读

1.2主要应用

1.3CortexM3主要特性

1.4典型M3核处理器特性

1.4.1命名规则

1.4.2产品功能和外设配置

1.5本章小结

1.6习题

第2章开发环境搭建

2.1本章导读

2.2MDK安装

2.3新建工程初探

2.4仿真调试

2.5本章小结

2.6习题

第3章基本I/O口控制

3.1本章导读

3.2新建工程进阶

3.3MDK工程配置

3.4寄存器操作

3.5时钟配置

3.5.1时钟树

3.5.2时钟源

3.5.3APB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)

3.6I/O端口配置

3.6.1I/O基本情况

3.6.2GPIO配置寄存器描述

3.6.3端口输出数据寄存器

3.7库函数操作

3.7.1GPIO_Init函数

3.7.2RCC_APB2PeriphClockCmd

3.7.3控制I/O输出电平

3.8数码管操作实例

3.8.1数码管基础知识

3.8.2硬件电路设计

3.8.3软件说明

3.9简单按键操作实例

3.10本章小结

3.11习题

第4章中断

4.1本章导读

4.2STM32中断和异常

4.3STM32中断相关的基本概念

4.3.1中断优先级

4.3.2中断控制器NVIC

4.3.3NVIC的中断向量优先级组

4.4外部中断

4.4.1外部中断基本情况

4.4.2使用外部中断的基本步骤

4.5单个按键中断操作实例

4.6多个按键中断操作实例

4.7本章小结

4.8习题

第5章串口通信

5.1本章导读

5.2串口通信基础

5.2.1基本概念

5.2.2常用的串行通信接口

5.3STM32串口操作

5.3.1寄存器方式操作串口

5.3.2库函数方式操作串口

5.3.3串口设置步骤

5.4串口通信操作实例

5.4.1主程序

5.4.2串口初始化代码

5.5本章小结

5.6习题

第6章直接存储器访问

6.1本章导读

6.2DMA基础知识

6.3STM32的DMA操作

6.3.1寄存器方式操作DMA

6.3.2库函数方式操作DMA

6.3.3DMA设置步骤

6.4DMA操作实例

6.4.1主程序

6.4.2DMA初始化代码

6.4.3代码分析和实验结果

6.5本章小结

6.6习题

第7章模拟/数字转换器

7.1本章导读

7.2ADC基础知识

7.2.1ADC主要特性

7.2.2ADC框图及引脚分布

7.2.3通道选择

7.2.4ADC的转换模式

7.3STM32 ADC操作

7.3.1寄存器方式操作ADC

7.3.2库函数方式操作ADC

7.3.3ADC设置步骤

7.4ADC操作实例

7.4.1主程序

7.4.2ADC初始化代码

7.4.3代码分析和实验结果

7.5本章小结

7.6习题

第8章定时器

8.1本章导读

8.2定时器基础知识

8.2.1高级定时器

8.2.2基本定时器

8.2.3通用定时器

8.3STM32定时器操作

8.3.1寄存器方式操作定时器

8.3.2库函数方式操作定时器

8.3.3定时器设置步骤

8.4定时器操作实例

8.4.1主程序

8.4.2定时器初始化代码

8.4.3代码分析和实验结果

8.5本章小结

8.6习题

第9章CAN总线设计

9.1本章导读

9.2STM32的CAN总线基础知识

9.2.1CAN物理层特性

9.2.2CAN的位时序

9.2.3CAN总线仲裁

9.2.4STM32的CAN控制器

9.2.5STM32的CAN过滤器

9.2.6CAN发送流程

9.2.7CAN接收流程

9.2.8STM32的CAN位时间特性

9.3STM32的CAN总线操作

9.3.1寄存器方式操作CAN总线

9.3.2库函数方式操作CAN总线

9.3.3CAN总线设置步骤

9.4CAN通信示例

9.5本章小结

9.6习题

第10章倒立摆设计

10.1本章导读

10.2设计要求

10.3设计分析

10.3.1倒立摆的选择

10.3.2系统结构组成

10.3.3系统模型分析

10.3.4系统控制方案确定

10.4设计步骤

10.4.1单片机最小系统电路设计

10.4.2电机的选择及驱动电路的设计

10.4.3测量电路设计

10.4.4通信电路设计

10.4.5辅助电路设计

10.4.6系统软件设计

10.5本章小结

10.6习题

第11章智能车设计

11.1本章导读

11.2设计要求

11.3设计分析

11.4设计步骤

11.4.1最小系统电路设计

11.4.2电源电路设计

11.4.3电机驱动电路设计

11.4.4环境检测传感器电路设计

11.4.5人机交互电路设计

11.4.6总体软件设计

11.4.7PID控制软件设计

11.4.8迷宫算法设计

11.4.9设计测量方法与数据处理

11.4.10传感器软件滤波

11.5本章小结

11.6习题

第12章平衡车设计

12.1本章导读

12.2设计要求

12.3设计分析

12.4设计步骤

12.4.1环境检测传感器电路设计

12.4.2人机交互电路设计

12.4.3MPU6050使用方法

12.4.4总体软件设计

12.5本章小结

12.6习题

第13章电子秤设计

13.1本章导读

13.2设计要求

13.3设计分析

13.4设计步骤

13.4.1主控制器相关电路

13.4.2TFT液晶屏相关电路设计

13.4.3AD转换芯片HX711相关电路设计

13.4.4WT588D语音模块相关电路设计

13.4.5称重传感器相关电路设计

13.4.6软件设计思路及代码分析

13.5本章小结

13.6习题

第14章无线电能功率传输系统的设计

14.1本章导读

14.2设计要求

14.3设计分析

14.3.1无线电能传输的基本原理分析

14.3.2无线电能传输的特性

14.4设计步骤

14.4.1系统结构组成

14.4.2主要拓扑电路的选择与设计

14.4.3MOS管驱动设计

14.4.4线圈和电容的设计

14.4.5接收端高频整流的设计

14.4.6控制电路的设计

14.4.7程序的设计

14.4.8调试与验证

14.4.9测量结果与结论分析

14.5本章小结

14.6习题

参考文献

STM32作为CortexM3重要的一员，也是现在应用较多的一款芯片。从51单片机，到如今嵌入式、物联网、大数据、人工智能等的出现，电子技术的发展日新月异，推动着半导体行业的发展，改变着我们的生活。

现在我们已经更习惯把单片机相关的开发，统称为嵌入式开发。高校的授课仍以51单片机为主，有少数学校的相关专业开设CortexM3的选修课，STM32作为其重要家族成员，正慢慢地被越来越多的人学习。

本书是在《ARM CortexM3体系结构与编程》的基础上改编整理而成的特别适合大一、大二刚接触STM32编程的学生学习。本书前4章，较为详尽地描述了开发工具、编程方法及软硬件调试的步骤。第5~9章，分别介绍了串口、DMA、ADC以及CAN总线等重要内容。读者在认真学习前4章入门基础上能很快地掌握这些内容，并能独立进行设计。后面章节介绍的内容特别是涉及最小系统电路设计、电源电路设计、电机驱动电路设计等，从全书看有一些是重复的，但是作为独立的设计，这种重复还是有必要的，希望读者理解。

本书第1~9章基本结构安排为：

本章导读： 重点介绍本章主要内容和知识点；

知识讲解： 从基础知识开始讲解，由浅入深，循序渐进；

综合实例： 引入本章内容相关的典型案例，并配有电子版的源代码供读者参考学习；

本章小结： 综述本章重要内容；

习题： 作为读者的巩固加强内容，读者有必要多做多练。

第10~14章为5个综合设计案例，从本章导读、设计要求、设计分析、设计步骤，最后到本章小结给出了完整的设计过程。

在本书的编写过程中得到了很多老师和同学的帮助，在此表示感谢！参与本书编写的还有蒋洪波、张学飞、张凯、李民杰、张成照、梁亮等。

本书涉及的最小系统、数码管显示电路、键盘模块、巡线模块、各种驱动电源模块，都已经做成了标准的PCB，并已在实际教学实验中使用，可以方便读者修改制作。

本书完成较匆忙，书中难免有疏漏之处，恳请读者批评指正。

作者2020年3月