包邮基于ARM的微机原理与接口技术——STM32嵌入式系统架构、编程与应用(第2版·

第1章 基础知识 …………………………………………………………………………………………… 1 1.1 微型计算机发展概述 ……………………………………………………………………………… 1 1.2 微型计算机领域的几个相关概念 ………………………………………………………………… 2 1.2.1 常用单位及术语…………………………………………………………………………… 2 1.2.2 微型计算机的基本构成…………………………………………………………………… 4 1.2.3 微控制器与嵌入式系统…………………………………………………………………… 5 1.2.4 常见技术…………………………………………………………………………………… 7 1.3 ARM 概述 ………………………………………………………………………………………… 9 1.4 微型计算机的应用………………………………………………………………………………… 12 1.5 习题………………………………………………………………………………………………… 14 第2章 Cortex-M3处理器 ……………………………………………………………………………… 15 2.1 Cortex-M3处理器简介及其组件 ………………………………………………………………… 15 2.1.1 Cortex-M3处理器简介 ………………………………………………………………… 15 2.1.2 Cortex-M3处理器的组件 ……………………………………………………………… 15 2.1.3 总线结构 ………………………………………………………………………………… 18 2.2 流水线……………………………………………………………………………………………… 19 2.3 寄存器……………………………………………………………………………………………… 20 2.3.1 通用寄存器 ……………………………………………………………………………… 20 2.3.2 特殊功能寄存器 ………………………………………………………………………… 22 2.4 工作模式和工作等级……………………………………………………………………………… 25 2.5 堆栈………………………………………………………………………………………………… 27 2.5.1 堆栈的基本操作 ………………………………………………………………………… 27 2.5.2 Cortex-M3的双堆栈机制 ……………………………………………………………… 28 2.6 存储器管理………………………………………………………………………………………… 29 2.6.1 存储器空间分配 ………………………………………………………………………… 29 2.6.2 位带操作 ……………………………………………………………………………… 31 2.6.3 端模式 …………………………………………………………………………………… 35 2.7 异常与中断………………………………………………………………………………………… 36 2.7.1 中断的基本概念 ……………………………………………………………………… 36 2.7.2 嵌套向量中断控制器 …………………………………………………………………… 39 2.7.3 中断寄存器 …………………………………………………………………………… 40 2.7.4 向量表 …………………………………………………………………………………… 47 2.7.5 中断输入及挂起 ………………………………………………………………………… 48 2.7.6 Fault类异常……………………………………………………………………………… 50 2.7.7 中断的具体行为 ……………………………………………………………………… 51 2.7.8 中断嵌套控制 …………………………………………………………………………… 53 2.7.9 高级中断技术 …………………………………………………………………………… 53 2.7.10 异常返回值……………………………………………………………………………… 55 2.7.11 中断系统设置过程……………………………………………………………………… 56 2.8 复位序列 ……………………………………………………………………………………… 57 2.9 习题………………………………………………………………………………………………… 59 第3章 STM32F1系列微控制器 ……………………………………………………………………… 60 3.1 STM32F1系列微控制器简介 …………………………………………………………………… 60 3.2 STM32F1系列产品系统构架和 STM32F103ZET6内部结构 ………………………………… 61 3.2.1 STM32F1系列产品系统架构 ……………………………………………………… 61 3.2.2 STM32F103ZET6的内部架构 ………………………………………………………… 62 3.3 STM32F103ZET6的存储器映像 ………………………………………………………………… 65 3.4 STM32F103ZET6的时钟结构 ……………………………………………………………… 69 3.5 STM32F103VET6的引脚 ……………………………………………………………………… 71 3.6 STM32F103VET6*小系统设计 ……………………………………………………………… 76 3.7 习题………………………………………………………………………………………………… 80 第4章 汇编语言及其程序设计 ……………………………………………………………………… 81 4.1 编程语言简介……………………………………………………………………………………… 81 4.2 指令分类、条件域和指令格式 …………………………………………………………………… 82 4.3 寻址方式…………………………………………………………………………………………… 91 4.4 Cortex-M3指令集 …………………………………………………………………………… 94 4.4.1 数据传送类指令 ………………………………………………………………………… 94 4.4.2 数据处理类指令 ………………………………………………………………………… 99 4.4.3 跳转指令………………………………………………………………………………… 110 4.4.4 其他指令………………………………………………………………………………… 115 4.4.5 Thumb指令及应用 …………………………………………………………………… 115 4.5 汇编语言程序设计举例 ………………………………………………………………………… 116 4.5.1 分支程序设计…………………………………………………………………………… 116 4.5.2 循环程序设计…………………………………………………………………………… 118 4.5.3 子程序的调用与返回…………………………………………………………………… 119 4.6 习题 ……………………………………………………………………………………………… 120 第5章 ARM 微控制器开发 ………………………………………………………………………… 121 5.1 开发流程 ………………………………………………………………………………………… 121 5.2 处理器的启动过程 ……………………………………………………………………………… 122 5.3 输入和输出接口 ………………………………………………………………………………… 123 5.4 程序映像 ………………………………………………………………………………………… 123 5.5 C 语言开发 ARM 应用 ………………………………………………………………………… 127 5.6 固件库 …………………………………………………………………………………………… 131 5.6.1 基于固件库开发和直接操作寄存器的区别…………………………………………… 132 5.6.2 STM32固件库简介 …………………………………………………………………… 133 5.7 STM32CubeMX 简介 …………………………………………………………………………… 136 5.8 习题 ……………………………………………………………………………………………… 137 第6章 通用输入/输出接口 ………………………………………………………………………… 138 6.1 通用输入/输出接口概述 …………………………………………………………………… 138 6.2 GPIO 的功能 …………………………………………………………………………………… 140 6.3 GPIO 的寄存器 ………………………………………………………………………………… 143 6.4 RCC 时钟模块的寄存器 ………………………………………………………………………… 146 6.5 GPIO 的使用 …………………………………………………………………………………… 156 6.5.1 利用汇编语言访问 GPIO ………………………………………………………… 156 6.5.2 利用 C 语言直接操作寄存器方法访问 GPIO …………………………………… 160 6.5.3 利用固件库函数方法访问 GPIO ………………………………………………… 163 6.5.4 利用 CubeMX 环境访问 GPIO …………………………………………………… 169 6.6 习题 ……………………………………………………………………………………………… 173 第7章 中断和事件 …………………………………………………………………………………… 174 7.1 STM32的中断源及中断优先级 ………………………………………………………………… 174 7.2 外部中断/事件控制器…………………………………………………………………………… 177 7.2.1 外部中断/事件控制器的结构及工作过程 ………………………………………… 178 7.2.2 外部中断/事件控制器相关寄存器 …………………………………………………… 180 7.3 外部中断的使用 ………………………………………………………………………………… 182 7.3.1 外部中断相关的固件库函数…………………………………………………………… 183 7.3.2 利用固件库函数开发外部中断应用 ……………………………………………… 186 7.4 习题 ……………………………………………………………………………………………… 188 第8章 定时器 …………………………………………………………………………………………… 189 8.1 STM32通用定时器概述 ………………………………………………………………………… 189 8.1.1 高级控制定时器(TIM1和 TIM8) …………………………………………………… 189 8.1.2 普通定时器(TIMx) …………………………………………………………………… 190 8.1.3 基本定时器(TIM6和 TIM7) ………………………………………………………… 190 8.1.4 定时器的时钟 ……………………………………………………………………… 191 8.2 普通定时器的结构 …………………………………………………………………………… 191 8.2.1 时基单元………………………………………………………………………………… 192 8.2.2 计数器模式……………………………………………………………………………… 192 8.2.3 时钟选择………………………………………………………………………………… 199 8.3 普通定时器的寄存器 …………………………………………………………………………… 202 8.4 普通定时器的使用 …………………………………………………………………………… 205 8.4.1 普通定时器的固件库函数……………………………………………………………… 205 8.4.2 普通定时器的使用举例 ………………………………………………………………… 208 8.5 习题 ……………………………………………………………………………………………… 210 第9章 串行通信 ………………………………………………………………………………………… 211 9.1 通信的有关概念 ………………………………………………………………………………… 211 9.1.1 串行通信的相关概念 …………………………………………………………………… 211 9.1.2 并行通信中的相关概念 ………………………………………………………………… 217 9.2 STM32的异步串行通信接口 …………………………………………………………………… 218 9.2.1 STM32异步串行通信接口简介 ……………………………………………………… 218 9.2.2 STM32的 USART 引脚重映射 ……………………………………………………… 220 9.2.3 STM32的 USART 接口结构 ……………………………………………………… 220 9.2.4 STM32的 USART 特性 ……………………………………………………………… 222 9.2.5 STM32的 USART 中断请求 ……………………………………………………… 229 9.2.6 STM32的 USART 寄存器 …………………………………………………………… 230 9.2.7 STM32的 USART 固件库函数 …………………………………………………… 237 9.2.8 STM32的 USART 使用举例 ………………………………………………………… 241 9.3 STM32的 SPI接口 ……………………………………………………………………………… 243 9.3.1 STM32的 SPI接口简介 ……………………………………………………………… 243 9.3.2 STM32的 SPI接口结构 ……………………………………………………………… 243 9.3.3 STM32的 SPI接口配置 ……………………………………………………………… 245 9.3.4 STM32的 SPI接口数据发送与接收过程 …………………………………………… 248 9.3.5 CRC 计算 ……………………………………………………………………………… 255 9.3.6 状态标志………………………………………………………………………………… 259 9.3.7 关闭 SPI………………………………………………………………………………… 259 9.3.8 STM32的 SPI接口中断 ……………………………………………………………… 260 9.3.9 STM32的 SPI接口的寄存器 ………………………………………………………… 260 9.3.10 STM32的 SPI接口固件库函数 ……………………………………………………… 264 9.3.11 STM32的 SPI接口应用实例 ………………………………………………………… 270 9.4 习题 ……………………………………………………………………………………………… 273 第10章 模拟量模块 …………………………………………………………………………………… 274 10.1 模数转换器的工作原理及性能指标 ………………………………………………………… 275 10.1.1 模数转换器的工作原理 …………………………………………………………… 275 10.1.2 模数转换器的性能指标 …………………………………………………………… 275 10.2 STM32F103VET6集成的 ADC 模块 ……………………………………………………… 277 10.2.1 STM32的 ADC 概述 ……………………………………………………………… 277 10.2.2 STM32的 ADC 模块结构 ……………………………………………………… 278 10.2.3 STM32的 ADC 配置 ……………………………………………………………… 278 10.2.4 STM32的 ADC 应用特征 ……………………………………………………… 283 10.2.5 STM32的 ADC 中断请求 ………………………………………………………… 287 10.2.6 STM32的 ADC 寄存器 …………………………………………………………… 288 10.2.7 STM32的 ADC 固件库函数 …………………………………………………… 296 10.2.8 STM32的 ADC 使用举例 ………………………………………………………… 300 10.3 数模转换器的工作原理及性能指标 ………………………………………………………… 301 10.3.1 数模转换器的工作原理 …………………………………………………………… 301 10.3.2 数模转换器的性能指标 …………………………………………………………… 303 10.4 STM32F103VET6集成的 DAC 模块 ……………………………………………………… 303 10.4.1 STM32的 DAC 主要特征 ………………………………………………………… 303 10.4.2 STM32的 DAC 接口结构 ………………………………………………………… 304 10.4.3 STM32的 DAC 配置 ……………………………………………………………… 304 10.4.4 STM32的 DAC 寄存器 …………………………………………………………… 308 10.4.5 STM32的 DAC 固件库函数 ……………………………………………………… 313 10.4.6 STM32的 DAC 使用举例 ………………………………………………………… 315 10.5 习题 …………………………………………………………………………………………… 317 第11章 DMA控制器 ………………………………………………………………………………… 318 11.1 DMA 的结构和主要特征 ………………………………………………………………… 318 11.2 DMA 的功能描述 …………………………………………………………………………… 319 11.2.1 DMA 处理 ………………………………………………………………………… 319 11.2.2 仲裁器 ……………………………………………………………………………… 320 11.2.3 DMA 通道 ………………………………………………………………………… 320 11.2.4 可编程的数据传输宽度、对齐方式和数据大小端 ……………………………… 321 11.2.5 DMA 中断 ………………………………………………………………………… 323 11.2.6 DMA 请求映像 …………………………………………………………………… 323 11.3 DMA 的寄存器 ……………………………………………………………………………… 326 11.4 DMA 的固件库函数 ……………………………………………………………………… 329 11.4.1 DMA 寄存器 C 语言结构定义 …………………………………………………… 329 11.4.2 DMA 库函数 ……………………………………………………………………… 330 11.5 DMA 使用举例 ……………………………………………………………………………… 336 11.6 习题 …………………………………………………………………………………………… 339 第12章 FSMC控制器 ………………………………………………………………………………… 340 12.1 FSMC 的功能和结构 ………………………………………………………………………… 340 12.1.1 FSMC 的功能描述 ……………………………………………………………… 340 12.1.2 FSMC 的结构 ……………………………………………………………………… 341 12.2 AHB接口 …………………………………………………………………………………… 341 12.3 FSMC 外部设备地址映像 …………………………………………………………………… 342 12.4 NOR 闪存和 PSRAM 控制器………………………………………………………………… 343 12.4.1 外部存储器接口信号 …………………………………………………………… 344 12.4.2 支持的存储器及其操作 …………………………………………………………… 345 12.4.3 NOR 闪存和 PSRAM 控制器时序………………………………………………… 346 12.4.4 同步的成组读 ……………………………………………………………………… 356 12.5 NOR 闪存和 PSRAM 控制器寄存器………………………………………………………… 360 12.6 FSMC 固件库函数 ………………………………………………………………………… 365 12.7 FSMC 使用举例 …………………………………………………………………………… 367 12.8 习题 …………………………………………………………………………………………… 378 附录A ASCII码表 ……………………………………………………………………………………… 379 附录B 逻辑符号对照表 ……………………………………………………………………………… 380 附录C 使用MDK开发调试汇编语言程序 ……………………………………………………… 381 C.1 MDK 简介 ……………………………………………………………………………………… 381 C.2 使用 MDK 调试汇编语言程序 ……………………………………………………………… 384 参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 393