STM32單片機(jī)原理與項目實(shí)戰(zhàn)

第 1章　STM32單片機(jī)的基礎(chǔ)知識 1
1.1 單片機(jī)的由來與發(fā)展歷史 2
1.1.1 嵌入式系統(tǒng) 2
1.1.2 嵌入式計算機(jī)系統(tǒng) 4
1.1.3 單片機(jī)的發(fā)展歷史 5
1.1.4 單片機(jī)的發(fā)展趨勢 6
1.2 單片機(jī)的應(yīng)用 9
1.2.1 單片機(jī)的應(yīng)用結(jié)構(gòu) 9
1.2.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 10
1.3 其他單片機(jī) 11
1.4 ARM簡介 12
1.4.1 ARM公司簡介 12
1.4.2 ARM的體系結(jié)構(gòu) 12
1.4.3 ARM的發(fā)展 13
1.5 Cortex-M3內(nèi)核與STM32簡介 14
1.5.1 什么是Cortex-M3
內(nèi)核 15
1.5.2 什么是STM32 18
1.5.3 STM32單片機(jī)的時鐘 21
1.6 STM32單片機(jī)的C語言編程
知識點(diǎn) 23
1.6.1 STM32編程的特點(diǎn) 23
1.6.2 STM32編程中的數(shù)據(jù)
類型 24
1.6.3 STM32編程常用的C語言
知識點(diǎn) 26
1.7 什么是CMSIS固件庫 32
1.7.1 CMSIS固件庫簡介 32
1.7.2 CMSIS固件庫設(shè)計及
規(guī)范 33
1.8 習(xí)題與鞏固 34
第 2章　STM32單片機(jī)的開發(fā)工具 36
2.1 STM32的開發(fā)工具一覽 37
2.1.1 硬件開發(fā)工具 37
2.1.2 軟件開發(fā)平臺 38
2.2 硬件開發(fā)工具JLink 38
2.2.1 JLink的驅(qū)動安裝及調(diào)試
接口 38
2.2.2 硬件調(diào)試接口JTAG/SWD
的定義 39
2.3 軟件開發(fā)環(huán)境MDK的使用
方法 42
2.3.1 MDK的安裝 43
2.3.2 MDK工程模塊的創(chuàng)建 43
2.4 習(xí)題與鞏固 65
第3章　STM32單片機(jī)的基本系統(tǒng) 67
3.1 單片機(jī)的基本系統(tǒng)組成元素 68
3.2 項目實(shí)戰(zhàn)：電源電路的設(shè)計 69
3.2.1 概述 69
3.2.2 范例1：電源電路的
設(shè)計 70
3.2.3 電源電路設(shè)計注意事項 73
3.3 項目實(shí)戰(zhàn)：復(fù)位電路的設(shè)計 73
3.3.1 概述 73
3.3.2 范例2：復(fù)位電路的
設(shè)計 74
3.3.3 復(fù)位電路設(shè)計注意事項 75
3.4 項目實(shí)戰(zhàn)：時鐘電路的設(shè)計 76
3.4.1 概述 76
3.4.2 范例3：時鐘電路的
設(shè)計 76
3.4.3 時鐘電路設(shè)計注意事項 76
3.5 項目實(shí)戰(zhàn)：調(diào)試電路的設(shè)計 77
3.5.1 概述 77
3.5.2 范例4：調(diào)試電路的
設(shè)計 77
3.5.3 調(diào)試電路設(shè)計注意
事項 78
3.6 項目實(shí)戰(zhàn)：啟動電路的設(shè)計 78
3.6.1 概述 78
3.6.2 啟動電路分析及工作
原理 79
3.7 習(xí)題與鞏固 80
第4章　通用輸入輸出端口應(yīng)用 81
4.1 GPIO工作原理 82
4.1.1 STM32F103C8T6單片機(jī)的
引腳 82
4.1.2 引腳內(nèi)部構(gòu)造 85
4.1.3 GPIO的8種工作模式 86
4.2 GPIO寄存器功能詳解 90
4.2.1 端口配置低寄存器（GPIOX_CRL） 90
4.2.2 端口配置高寄存器（GPIOX_CRH） 91
4.2.3 端口輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOX_IDR） 92
4.2.4 端口輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOX_ODR） 92
4.2.5 端口位設(shè)置/清除寄存器
（GPIOX_BSRR） 93
4.2.6 端口位清除寄存器
（GPIOX_BRR） 94
4.3 利用庫函數(shù)使用GPIO的方法 94
4.3.1 初始化端口 95
4.3.2 初始化時鐘 97
4.3.3 GPIO引腳控制 103
4.4 項目實(shí)戰(zhàn)：開關(guān)量驅(qū)動外設(shè) 104
4.4.1 GPIO硬件接口電路設(shè)計
要點(diǎn) 104
4.4.2 范例5：GPIO驅(qū)動發(fā)光
二極管 105
4.4.3 范例6：GPIO驅(qū)動
蜂鳴器 109
4.4.4 范例7：GPIO驅(qū)動
數(shù)碼管 112
4.5 習(xí)題與鞏固 117
第5章　系統(tǒng)節(jié)拍定時器 119
5.1 系統(tǒng)節(jié)拍定時器概述 120
5.2 系統(tǒng)節(jié)拍定時器的相關(guān)寄存器
功能詳解 121
5.2.1 控制和狀態(tài)寄存器
CTRL 121
5.2.2 重裝載值寄存器
LOAD 122
5.2.3 當(dāng)前值寄存器VAL 122
5.3 利用庫函數(shù)設(shè)置GPIO的方法 122
5.3.1 系統(tǒng)節(jié)拍定時器結(jié)構(gòu)體 122
5.3.2 系統(tǒng)節(jié)拍定時器庫函數(shù) 123
5.3.3 范例8：利用系統(tǒng)節(jié)拍
定時器精確延時 123
5.4 項目實(shí)戰(zhàn)：人機(jī)界面之液晶
顯示 124
5.4.1 液晶顯示器簡介 125
5.4.2 液晶模塊引腳分布 125
5.4.3 液晶模塊的控制指令 126
5.4.4 液晶顯示器的工作時序 128
5.4.5 液晶顯示器的字符集 129
5.4.6 范例9：利用液晶顯示器
輸出信息 130
5.5 習(xí)題與鞏固 136
第6章　STM32單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 138
6.1 中斷相關(guān)的概念 139
6.1.1 什么是中斷 139
6.1.2 中斷處理過程 140
6.1.3 什么是中斷源 140
6.1.4 什么是中斷信號 141
6.1.5 中斷屏蔽的概念 141
6.1.6 中斷優(yōu)先級及中斷嵌套 142
6.1.7 Cortex-M3內(nèi)核的嵌套
向量中斷控制器 144
6.1.8 STM32的中斷控制
固件庫 147
6.2 STM32的中斷系統(tǒng) 148
6.2.1 什么是異常 148
6.2.2 STM32的中斷通道 150
6.2.3 固件庫中中斷向量區(qū)的
定義 154
6.2.4 利用庫函數(shù)控制NVIC
方法 156
6.3 STM32單片機(jī)的EXTI 157
6.3.1 什么是外部中斷/事件
控制器EXTI 157
6.3.2 EXTI功能結(jié)構(gòu) 158
6.3.3 中斷/事件線的種類 160
6.3.4 STM32固件庫中EXTI的
初始化結(jié)構(gòu)體 161
6.3.5 STM32固件庫中EXTI的
相關(guān)函數(shù) 163
6.4 項目實(shí)戰(zhàn)：人機(jī)交互之按鍵 164
6.4.1 按鍵分類 165
6.4.2 按鍵的接法 165
6.4.3 矩陣鍵盤掃描原理 167
6.4.4 按鍵的消抖處理 167
6.4.5 按鍵程序處理方法 168
6.4.6 范例10：按鍵控制
彩燈 168
6.5 習(xí)題與鞏固 171
第7章　STM32單片機(jī)的定時器 175
7.1 定時器的工作原理 176
7.1.1 定時器簡介 176
7.1.2 通用定時器的時鐘源 176
7.1.3 通用定時器的定時
時鐘 177
7.1.4 定時器功能 178
7.1.5 定時器定時時間 179
7.1.6 定時器的計數(shù)模式 179
7.2 通用定時器的相關(guān)寄存器功能
詳解 179
7.2.1 控制寄存器1
（TIMx_CR1） 179
7.2.2 中斷使能寄存器（TIMx_DIER） 181
7.2.3 預(yù)分頻寄存器
（TIMx_PSC） 182
7.2.4 計數(shù)器（TIMx_CNT） 182
7.2.5 自動重裝載寄存器
(TIMx_ARR) 183
7.2.6 狀態(tài)寄存器
（TIMx_SR） 183
7.3 固件庫中定時器的相關(guān)內(nèi)容 185
7.3.1 固件庫中定時器的
結(jié)構(gòu)體 185
7.3.2 固件庫中定時器的
相關(guān)庫函數(shù) 186
7.3.3 利用固件庫設(shè)置通用定時器方法 187
7.3.4 范例11：利用通用定時器
進(jìn)行精確定時 189
7.4 PWM原理 191
7.4.1 什么是PWM 191
7.4.2 STM32單片機(jī)如何產(chǎn)生
PWM信號 192
7.4.3 STM32單片機(jī)PWM信號
輸出控制 193
7.4.4 PWM信號的輸出引腳
控制 193
7.5 PWM相關(guān)寄存器的功能
詳解 196
7.5.1 捕獲/比較模式寄存器
（TIMx_CCMR1/2） 196
7.5.2 捕獲/比較使能寄存器
（TIMx_CCER） 198
7.5.3 捕獲/比較寄存器
（TIMx_CCR1～TIMx_CCR4） 199
7.6 固件庫中PWM的相關(guān)內(nèi)容 199
7.6.1 PWM功能的相關(guān)
結(jié)構(gòu)體 199
7.6.2 PWM功能的相關(guān)庫
函數(shù) 201
7.6.3 使用固件庫設(shè)置PWM的
方法 202
7.6.4 范例12：三色彩燈
控制 203
7.7 習(xí)題與鞏固 205
第8章　STM32單片機(jī)的串行通信 207
8.1 串行通信的基本概念 208
8.1.1 數(shù)據(jù)通信方式 208
8.1.2 異步傳輸?shù)淖址?br /> 數(shù)據(jù)幀 211
8.1.3 異步通信 213
8.1.4 波特率 213
8.2 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn) 214
8.3 STM32系統(tǒng)的RS-232C傳輸
接口 217
8.3.1 RS-232C的電平轉(zhuǎn)換 218
8.3.2 典型的RS-232C接口
電路 219
8.4 不同單片機(jī)之間的串行總線
連接 220
8.4.1 微處理器間直接通信 220
8.4.2 利用RS-232通信 220
8.5 STM32的串行通信接口 220
8.5.1 STM32的UART特性 220
8.5.2 STM32的UART引腳 221
8.5.3 STM32的UART結(jié)構(gòu) 223
8.6 STM32串行端口的使用方法 225
8.6.1 STM32的UART時鐘
控制 225
8.6.2 STM32的UART引腳
配置 225
8.6.3 STM32的串口波特率 226
8.6.4 STM32的UART寄存器
功能詳解 227
8.6.5 STM32的UART的
控制 233
8.6.6 STM32的UART的數(shù)據(jù)
讀寫 237
8.7 STM32的UART中斷使用 239
8.7.1 STM32的UART的收發(fā)
中斷控制 239
8.7.2 STM32的UART中斷
使用方法 240
8.8 添加printf功能 243
8.9 主從機(jī)通信 244
8.9.1 范例13：查詢法 244
8.9.2 范例14：中斷法 247
8.10 習(xí)題與鞏固 249
第9章　STM32單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 251
9.1 輸入信號分類形式 252
9.1.1 模擬信號和數(shù)字信號 252
9.1.2 電壓信號和電流信號 252
9.1.3 單次信號和連續(xù)信號 253
9.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理 253
9.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作過程 253
9.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相關(guān)概念 254
9.4.1 基準(zhǔn)源 254
9.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分類 254
9.4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)
指標(biāo) 255
9.5 STM32的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 256
9.5.1 STM32的模數(shù)轉(zhuǎn)換器
特性 256
9.5.2 STM32的模數(shù)轉(zhuǎn)換器
功能剖析 257
9.6 STM32的ADC相關(guān)寄存器功能
詳解 262
9.6.1 ADC控制寄存器1
(ADC_CR1) 262
9.6.2 ADC控制寄存器2
(ADC_CR2) 265
9.6.3 ADC采樣時間寄存器1
(ADC_SMPR1) 267
9.6.4 ADC采樣時間寄存器2
(ADC_SMPR2) 268
9.6.5 ADC注入數(shù)據(jù)寄存器x
(ADC_JDRx) 268
9.6.6 ADC規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器(ADC_DR) 269
9.6.7 ADC狀態(tài)寄存器
(ADC_SR) 270
9.7 STM32的ADC轉(zhuǎn)換模式 271
9.7.1 單次轉(zhuǎn)換模式 271
9.7.2 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 271
9.8 固件庫中的ADC結(jié)構(gòu)體及
庫函數(shù) 272
9.8.1 ADC初始化結(jié)構(gòu)體 272
9.8.2 ADC相應(yīng)庫函數(shù) 274
9.9 ADC應(yīng)用設(shè)計深入討論 281
9.9.1 工作電壓的穩(wěn)定性 282
9.9.2 參考電壓的確定 282
9.9.3 采樣時鐘的選擇 282
9.9.4 模擬噪聲的抑制 282
9.9.5 校準(zhǔn) 283
9.9.6 ADC開關(guān)控制 283
9.10 數(shù)字電位器 284
9.10.1 范例15：電位器
原理圖 284
9.10.2 范例16：讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器
通道電壓—查詢法 284
9.10.3 范例17：讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器
通道電壓—中斷法 287
9.11 習(xí)題與鞏固 291
第 10章　綜合項目之溫度控制系統(tǒng) 293
10.1 單片機(jī)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu) 294
10.1.1 任務(wù)的劃分 294
10.1.2 程序?qū)崟r性 296
10.1.3 前后臺程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與
缺點(diǎn) 297
10.1.4 改進(jìn)前后臺程序的
方法 298
10.1.5 范例18：緩沖區(qū)（FIFO）
應(yīng)用實(shí)例 302
10.2 利用狀態(tài)機(jī)改進(jìn)單片機(jī)系統(tǒng) 317
10.2.1 初步認(rèn)識狀態(tài)機(jī) 317
10.2.2 狀態(tài)機(jī)描述方法 322
10.2.3 通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖生成
代碼 325
10.2.4 范例19：狀態(tài)機(jī)項目 328
10.3 溫度傳感器 349
10.4 習(xí)題與鞏固 352