ARM嵌入式系统原理及应用——STM32F103微控制器架构、编程与开发

第1章绪论1 1.1嵌入式系统1 1.1.1嵌入式系统概述2 1.1.2嵌入式系统和通用计算机系统比较3 1.1.3嵌入式系统的特点4 1.2嵌入式系统的组成6 1.3实时操作系统8 1.3.1实时系统的概念8 1.3.2实时操作系统的基本特征9 1.3.3实时操作系统性能的衡量指标10 1.3.4实时操作系统的分类10 1.3.5POSIX标准11 1.3.6实时操作系统的典型应用12 1.4嵌入式系统的软件12 1.4.1无操作系统的嵌入式软件12 1.4.2带操作系统的嵌入式软件12 1.4.3嵌入式操作系统的分类13 1.4.4嵌入式实时操作系统的功能14 1.4.5典型的嵌入式操作系统15 1.4.6软件架构选择建议22 1.5嵌入式系统的分类22 1.5.1按应用对象分类23 1.5.2按功能和性能分类23 1.5.3按结构复杂度分类23 1.6嵌入式系统的应用领域24 1.7嵌入式系统的体系25 1.7.1硬件架构26 1.7.2软件层次26 全书.indd52024/3/715:46:49VIArm嵌入式系统原理及应用——STM32F103微控制器架构、编程与开发 1.8嵌入式系统的设计方法29 1.8.1嵌入式系统的总体结构29 1.8.2嵌入式系统设计流程30 1.8.3嵌入式系统的软/硬件协同设计技术32 第2章嵌入式微处理器34 2.1Arm嵌入式微处理器简介34 2.1.1Arm处理器的特点34 2.1.2Arm体系结构的版本和系列35 2.1.3Arm的RISC结构特性38 2.1.4Arm处理器系列38 2.1.5ArmCortex-M处理器41 2.2嵌入式处理器的分类和特点42 2.3Cortex-M3嵌入式微处理器45 2.3.1Arm概述45 2.3.2CISC和RISC48 2.3.3Arm架构的演变50 2.3.4Arm体系结构与特点52 2.3.5Cortex-M系列处理器54 2.3.6Cortex-M3处理器的主要特性56 2.3.7Cortex-M3处理器结构57 2.3.8存储器系统59 第3章STM32系列微控制器62 3.1STM32微控制器概述62 3.1.1STM32微控制器产品介绍63 3.1.2STM32系统性能分析67 3.1.3STM32微控制器的命名规则68 3.1.4STM32微控制器的选型72 3.2STM32F1系列产品系统架构和STM32F103ZET6内部架构73 3.2.1STM32F1系列产品系统架构74 3.2.2STM32F103ZET6内部架构76 3.3STM32F103ZET6的存储器映像79 3.3.1STM32F103ZET6内置外设的地址范围81 3.3.2嵌入式SRAM82 全书.indd62024/3/715:46:49目录VII 3.3.3嵌入式Flash83 3.4STM32F103ZET6的时钟结构84 3.5STM32F103VET6的引脚87 3.6STM32F103VET6*小系统设计92 第4章嵌入式开发环境的搭建95 4.1KeilMDK5安装配置95 4.1.1KeilMDK简介95 4.1.2KeilMDK下载98 4.1.3KeilMDK安装99 4.1.4安装库文件101 4.2KeilMDK新工程的创建102 4.2.1建立文件夹102 4.2.2打开KeilμVision102 4.2.3新建工程103 4.3Cortex-M3微控制器软件接口标准CMSIS104 4.3.1CMSIS介绍105 4.3.2STM32F10x标准外设库106 4.4STM32F103开发板的选择110 4.5STM32仿真器的选择110 第5章STM32中断113 5.1中断概述113 5.1.1中断114 5.1.2中断的功能114 5.1.3中断源与中断屏蔽115 5.1.4中断处理过程116 5.1.5中断优先级与中断嵌套118 5.2STM32F1中断系统119 5.2.1STM32F1嵌套向量中断控制器119 5.2.2STM32F1中断优先级120 5.2.3STM32F1中断向量表121 5.2.4STM32F1中断服务函数124 5.3STM32F1外部中断/事件控制器EXTI125 5.3.1STM32F1的EXTI内部结构125 全书.indd72024/3/715:46:49VIIIArm嵌入式系统原理及应用——STM32F103微控制器架构、编程与开发 5.3.2STM32F1的EXTI工作原理128 5.3.3STM32F1的EXTI主要特性129 5.4STM32F1的中断系统库函数129 5.4.1STM32F1的NVIC相关库函数130 5.4.2STM32F1的EXTI相关库函数133 5.4.3STM32F1的EXTI中断线GPIO引脚映射库函数137 5.5STM32F1外部中断设计流程137 5.5.1NVIC设置137 5.5.2中断端口配置138 5.5.3中断处理139 5.6STM32F1外部中断设计实例140 5.6.1STM32F1外部中断硬件设计140 5.6.2STM32F1外部中断软件设计140 第6章STM32GPIO146 6.1STM32通用输入输出接口概述146 6.1.1输入通道148 6.1.2输出通道149 6.2STM32的GPIO功能150 6.2.1普通I/O功能150 6.2.2单独的位设置或位清除150 6.2.3外部中断/唤醒线150 6.2.4复用功能151 6.2.5软件重新映射I/O复用功能151 6.2.6GPIO锁定机制151 6.2.7输入配置151 6.2.8输出配置152 6.2.9复用功能配置153 6.2.10模拟输入配置153 6.2.11STM32的GPIO操作154 6.2.12外部中断映射和事件输出156 6.2.13GPIO的主要特性156 6.3STM32的GPIO常用库函数157 6.4STM32的GPIO使用流程165 6.4.1普通GPIO配置165 全书.indd82024/3/715:46:50目录IX 6.4.2I/O复用功能AFIO配置165 6.5STM32的GPIO输出应用实例165 6.5.1STM32的GPIO输出应用硬件设计165 6.5.2STM32的GPIO输出应用软件设计166 6.6STM32的GPIO输入应用实例172 6.6.1STM32的GPIO输入应用硬件设计172 6.6.2STM32的GPIO输入应用软件设计172 第7章STM32定时器176 7.1STM32定时器概述176 7.2STM32基本定时器179 7.2.1基本定时器介绍179 7.2.2基本定时器的功能180 7.2.3STM32基本定时器的寄存器182 7.3STM32通用定时器183 7.3.1通用定时器介绍183 7.3.2通用定时器的功能描述183 7.3.3通用定时器的工作模式188 7.3.4通用定时器的寄存器192 7.4STM32定时器库函数192 7.5STM32定时器应用实例205 7.5.1STM32的通用定时器配置流程205 7.5.2定时器应用的硬件设计207 7.5.3定时器应用的软件设计207 7.6SysTick系统滴答定时器211 7.6.1SysTick功能综述211 7.6.2SysTick配置例程213 第8章STM32通用同步/异步收发器215 8.1串行通信基础215 8.1.1串行异步通信数据格式215 8.1.2串行同步通信数据格式216 8.2STM32的USART工作原理216 8.2.1USART介绍217 8.2.2USART的主要特性217 全书.indd92024/3/715:46:50XArm嵌入式系统原理及应用——STM32F103微控制器架构、编程与开发 8.2.3USART的功能218 8.2.4USART的通信时序221 8.2.5USART的中断222 8.2.6USART的相关寄存器222 8.3STM32的USART库函数223 8.4STM32的USART串行通信应用实例231 8.4.1STM32的USART基本配置流程231 8.4.2USART串行通信应用的硬件设计232 8.4.3USART串行通信应用的软件设计233 第9章STM32SPI串行总线241 9.1STM32的SPI通信原理241 9.1.1SPI串行总线概述242 9.1.2SPI串行总线互连方式244 9.2STM32F1SPI串行总线的工作原理245 9.2.1SPI串行总线的特征245 9.2.2SPI串行总线的内部结构.246 9.2.3SPI串行总线时钟信号的相位和极性248 9.2.4STM32的SPI配置249 9.2.5STM32的SPI数据发送与接收过程251 9.3STM32的SPI库函数253 9.4STM32SPI与Flash存储器接口的应用实例256 9.4.1STM32的SPI配置流程256 9.4.2SPI与Flash存储器接口的硬件设计257 9.4.3SPI与Flash存储器接口的软件设计257 第10章STM32I2C串行总线265 10.1STM32I2C串行总线的通信原理265 10.1.1STM32I2C串行总线概述265 10.1.2STM32I2C串行总线的数据传输268 10.2STM32I2C串行总线接口270 10.2.1STM32I2C串行总线的主要特性270 10.2.2STM32I2C串行总线的内部结构271 10.2.3STM32I2C串行总线的功能描述272 10.3STM32F103的I2C库函数273 全书.indd102024/3/715:46:50目录XI 10.4STM32I2C与EEPROM接口的应用实例279 10.4.1STM32的I2C配置流程279 10.4.2STM32I2C与EEPROM接口的硬件设计280 10.4.3STM32I2C与EEPROM接口的软件设计280 第11章STM32A/D转换器287 11.1模拟量输入通道287 11.1.1模拟量输入通道的组成287 11.1.2A/D转换器简介287 11.2模拟量输入信号类型与量程自动转换288 11.2.1模拟量输入信号类型288 11.2.2量程自动转换288 11.3STM32F103ZET6集成的ADC模块.289 11.3.1STM32的ADC主要特征289 11.3.2STM32的ADC模块结构290 11.3.3STM32的ADC功能294 11.3.4STM32的ADC应用特征298 11.4STM32的ADC库函数302 11.5STM32的模数转换器应用实例311 11.5.1STM32的ADC配置流程311 11.5.2ADC应用的硬件设计312 11.5.3ADC应用的软件设计312 第12章STM32DMA控制器319 12.1STM32DMA的基本概念319 12.1.1DMA的定义319 12.1.2DMA在嵌入式实时系统中的价值320 12.1.3DMA传输的基本要素321 12.1.4DMA传输过程321 12.1.5DMA的优点与应用321 12.2STM32DMA的结构和主要特征322 12.3STM32DMA的功能描述324 12.3.1DMA处理324 12.3.2仲裁器324 12.3.3DMA通道324 全书.indd112024/3/715:46:50XIIArm嵌入式系统原理及应用——STM32F103微控制器架构、编程与开发 12.3.4DMA中断326 12.4STM32的DMA库函数326 12.5STM32的DMA应用实例333 12.5.1STM32的DMA配置流程333 12.5.2DMA应用的硬件设计334 12.5.3DMA应用的软件设计334 参考文献340