嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)戰(zhàn)

第1 章 嵌入式系統(tǒng)概述 1
1.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1
1.2 嵌入式系統(tǒng)的概念 1
1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成 2
1.3.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 2
1.3.2 嵌入式系統(tǒng)的軟件組成 3
1.4 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 4
1.5 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展 4
1.6 嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng) 5
1.6.1 嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)分類 5
1.6.2 嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)功能 6
1.7 常用嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)介紹 7
1.7.1 μC/OS 7
1.7.2 VxWorks 7
1.7.3 FreeRTOS 8
1.7.4 RT-Thread 8
1.7.5 Embedded Linux 8
1.7.6 Android 9
1.7.7 LiteOS 9
1.8 習(xí)題 9
第2 章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程及分層架構(gòu) 10
2.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 10
2.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 10
2.3 軟件系統(tǒng)分層架構(gòu) 11
2.3.1 為什么需要分層 11
2.3.2 軟件系統(tǒng)分層的概念 13
2.4 驅(qū)動(dòng)層與應(yīng)用層的交互 14
2.5 裸機(jī)工程結(jié)構(gòu)與分層架構(gòu)設(shè)計(jì) 14
2.5.1 STM32CubeMX 生成的裸機(jī)工程目錄結(jié)構(gòu) 14
2.5.2 裸機(jī)工程的啟動(dòng)過程 15
2.5.3 裸機(jī)工程的分層架構(gòu)設(shè)計(jì) 16
2.6 基于LiteOS 的嵌入式系統(tǒng)分層架構(gòu)設(shè)計(jì) 17
2.7 分層架構(gòu)實(shí)驗(yàn) 18
2.7.1 寄存器編程 18
2.7.2 LiteOS 編程 21
2.8 習(xí)題 23
第3 章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ) 24
3.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 24
3.2 CPU 與外設(shè)的通信方式 24
3.2.1 CPU 與外設(shè)的接口 25
3.2.2 外設(shè)尋址與外設(shè)寄存器變量 27
3.2.3 單個(gè)外設(shè)寄存器變量的定義 27
3.2.4 地址連續(xù)的多個(gè)外設(shè)寄存器變量定義 27
3.3 位運(yùn)算 28
3.4 軟件建模語言UML 29
3.4.1 類圖 29
3.4.2 用例圖 32
3.4.3 活動(dòng)圖 33
3.4.4 序列圖 34
3.4.5 狀態(tài)圖 35
3.5 LiteOS 開發(fā)基礎(chǔ) 36
3.5.1 LiteOS 的內(nèi)核架構(gòu) 36
3.5.2 LiteOS 的目錄結(jié)構(gòu) 37
3.5.3 LiteOS 的啟動(dòng)過程 38
3.5.4 LiteOS 任務(wù)及其創(chuàng)建 39
3.6 習(xí)題 41
第4 章 Cortex-M3 與STM32F103ZET6 42
4.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 42
4.2 Cortex-M3 介紹 43
4.2.1 Cortex-M3 的架構(gòu) 43
4.2.2 Cortex-M3 寄存器 43
4.2.3 Cortex-M3 的工作模式和特權(quán)級(jí)別 44
4.2.4 指令集 45
4.2.5 指令流水線 45
4.3 STM32F103ZET6 介紹 46
4.3.1 STM32F103ZET6 架構(gòu) 46
4.3.2 STM32F103ZET6 時(shí)鐘 47
4.3.3 STM32F103ZET6 存儲(chǔ)器映射 51
4.3.4 STM32F103ZET6 引腳定義 52
4.4 習(xí)題 59
第5 章 GPIO編程 60
5.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 60
5.2 信號(hào)類型 60
5.3 STM32F103ZET6 GPIO 特性 61
5.4 GPIO 的端口結(jié)構(gòu) 61
5.5 GPIO 的工作模式 63
5.6 GPIO 的復(fù)用功能AFIO 63
5.7 GPIO 與AFIO 相關(guān)寄存器 63
5.7.1 工作方式配置寄存器GPIOx_CRL 與GPIOx_CRH 64
5.7.2 輸入數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_IDR 65
5.7.3 輸出數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_ODR 65
5.7.4 位置位/復(fù)位寄存器GPIOx_BSRR 66
5.7.5 位復(fù)位寄存器GPIOx_BRR 66
5.7.6 鎖定寄存器GPIOx_LCKR 67
5.7.7 事件控制寄存器AFIO_EVCR 67
5.7.8 外部中斷控制寄存器AFIO_EXTICRx 68
5.7.9 引腳映射寄存器AFIO_MAPR 69
5.7.10 GPIO 寄存器映射 72
5.8 AFIO 寄存器映射 72
5.9 GPIO 編程方法 73
5.9.1 寄存器編程方法 73
5.9.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 74
5.10 GPIO 編程舉例 77
5.10.1 寄存器編程舉例 77
5.10.2 庫(kù)函數(shù)編程舉例 79
5.11 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)――智慧教室：人走關(guān)扇熄燈 82
5.11.1 項(xiàng)目需求 82
5.11.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 82
5.11.3 人體紅外檢測(cè)傳感器的工作原理 83
5.11.4 系統(tǒng)分析 84
5.11.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 85
5.11.6 LiteOS 庫(kù)函數(shù)編程 87
5.11.7 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 88
5.12 習(xí)題 96
第6 章 中斷控制 97
6.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 97
6.2 中斷的工作原理 97
6.2.1 NVIC 中斷控制器 98
6.2.2 NVIC 中斷相關(guān)寄存器 103
6.2.3 EXTI 外部中斷控制器 110
6.3 STM32F103ZET6 異常與中斷向量表 114
6.4 裸機(jī)工程默認(rèn)的中斷設(shè)置 117
6.5 中斷編程方法 118
6.5.1 寄存器編程方法 118
6.5.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 121
6.6 中斷編程舉例 128
6.6.1 寄存器編程舉例 128
6.6.2 庫(kù)函數(shù)編程舉例 129
6.7 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)――按鍵報(bào)警 129
6.7.1 項(xiàng)目需求 129
6.7.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 130
6.7.3 系統(tǒng)分析 130
6.7.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 131
6.7.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 134
6.8 習(xí)題 144
第7 章 DMA 編程 146
7.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 146
7.2 DMA 的工作原理 146
7.3 DMA 的主要特性 147
7.4 DMA 處理 148
7.4.1 通道 148
7.4.2 數(shù)據(jù)寬度與數(shù)據(jù)對(duì)齊方式 149
7.4.3 中斷 150
7.4.4 錯(cuò)誤管理 150
7.4.5 DMA 的工作模式 151
7.4.6 DMA 請(qǐng)求的處理流程 151
7.5 DMA 寄存器 152
7.6 DMA 寄存器映射 152
7.7 DMA 的編程方法 153
7.7.1 庫(kù)函數(shù)接口 153
7.7.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 154
7.8 DMA 編程舉例 155
7.9 習(xí)題 160
第8 章 UART 通信 161
8.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 161
8.2 STM32F103ZET6 USART概述 161
8.3 STM32F103ZET6 UART 的特性 162
8.4 STM32F103ZET6 UART 的工作原理 162
8.5 串行通信幀格式 163
8.6 波特率的生成 164
8.7 多處理器模式 165
8.8 USART 寄存器 166
8.9 USART 寄存器映射 171
8.10 UART 編程方法 172
8.10.1 寄存器編程方法 172
8.10.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 173
X 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)戰(zhàn)
8.11 UART 編程舉例 175
8.11.1 寄存器編程舉例 175
8.11.2 庫(kù)函數(shù)編程舉例 178
8.11.3 printf()輸出重定向 184
8.12 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)――智慧教室系統(tǒng)人機(jī)交互調(diào)試接口 184
8.12.1 項(xiàng)目需求 184
8.12.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 185
8.12.3 系統(tǒng)分析 185
8.12.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 186
8.12.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 189
8.13 習(xí)題 199
第9 章 定時(shí)器 200
9.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 200
9.2 定時(shí)器的基本工作原理 200
9.3 計(jì)數(shù)模式 201
9.3.1 上計(jì)數(shù) 201
9.3.2 下計(jì)數(shù) 201
9.3.3 上/下計(jì)數(shù) 202
9.4 定時(shí)事件 203
9.4.1 溢出事件 203
9.4.2 更新事件 203
9.4.3 比較事件 203
9.4.4 捕獲事件 204
9.5 PWM 204
9.6 死區(qū) 204
9.7 STM32F103ZET6 的定時(shí)器類型 205
9.8 基本定時(shí)器（TIM6 和TIM7） 205
9.8.1 主要特性 206
9.8.2 計(jì)數(shù)時(shí)序與更新事件 206
9.8.3 自動(dòng)重裝載值的計(jì)算 207
9.8.4 基本定時(shí)器寄存器 207
9.8.5 基本定時(shí)器寄存器映射 210
9.9 高級(jí)定時(shí)器（TIM1 和TIM8） 211
9.9.1 主要特性 211
9.9.2 重復(fù)計(jì)數(shù)器 212
9.9.3 計(jì)數(shù)時(shí)鐘源 212
9.9.4 輸入捕獲 213
9.9.5 輸出比較 214
9.9.6 生成PWM 信號(hào) 214
9.9.7 高級(jí)定時(shí)器寄存器 218
9.9.8 高級(jí)定時(shí)器寄存器映射 218
9.10 通用定時(shí)器 219
9.11 系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器SysTick 220
9.11.1 系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器的工作原理 220
9.11.2 系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器寄存器 221
9.11.3 系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器寄存器映射 222
9.11.4 裸機(jī)工程對(duì)系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器的使用 222
9.12 看門狗定時(shí)器 223
9.12.1 獨(dú)立看門狗IWDG 223
9.12.2 窗口看門狗WWDG 225
9.13 定時(shí)器編程方法 229
9.13.1 庫(kù)函數(shù)接口 229
9.13.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 234
9.14 定時(shí)器編程舉例 234
9.14.1 基本定時(shí)器編程舉例 234
9.14.2 高級(jí)定時(shí)器編程舉例 238
9.15 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)――人體智慧檢測(cè) 243
9.15.1 項(xiàng)目需求 243
9.15.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 244
9.15.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理與工作方式 244
9.15.4 系統(tǒng)分析 245
9.15.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 247
9.15.6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 249
9.16 習(xí)題 256
第10 章 FSMC 編程 257
10.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 257
10.2 FSMC 控制概述 257
10.3 FSMC 功能框圖 258
10.4 各類存儲(chǔ)器地址映射 259
10.5 NOR Flash 和PSRAM 控制器 260
10.5.1 支持的存儲(chǔ)器類型 260
10.5.2 讀/寫時(shí)序 260
10.6 FSMC NOR/PSRAM 控制器寄存器 261
10.7 寄存器映射 261
10.8 FSMC 編程方法 262
10.8.1 庫(kù)函數(shù)接口 262
10.8.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 263
10.9 FSMC 編程舉例 264
10.9.1 IS62WV51216BLL芯片介紹 265
10.9.2 利用庫(kù)函數(shù)讀/寫SRAM 267
10.10 習(xí)題 272
第11 章 I2C 編程 273
11.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 273
11.2 I2C 協(xié)議簡(jiǎn)介 273
11.2.1 I2C 網(wǎng)絡(luò) 274
11.2.2 I2C 總線信號(hào)與時(shí)序 274
11.2.3 I2C 設(shè)備地址格式 275
11.2.4 I2C 數(shù)據(jù)傳送過程 276
11.3 STM32F103ZET6 I2C 的工作原理 277
11.3.1 主要特性 277
11.3.2 功能結(jié)構(gòu) 277
11.3.3 工作方式 278
11.3.4 通信故障 283
11.3.5 SDA/SCL 控制 283
11.3.6 中斷 284
11.4 I2C 寄存器 284
11.5 I2C 寄存器映射 285
11.6 I2C 編程方法 285
11.6.1 庫(kù)函數(shù)接口 285
11.6.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 287
11.7 I2C 編程舉例 288
11.7.1 AT24C02 EEPROM介紹 288
11.7.2 基于程序查詢方式 289
11.7.3 基于中斷方式 292
11.8 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)――智慧教室：溫度控制 298
11.8.1 項(xiàng)目需求 298
11.8.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 298
11.8.3 AHT10 溫濕度傳感器簡(jiǎn)介 299
11.8.4 系統(tǒng)分析 300
11.8.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 301
11.8.6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 303
11.9 習(xí)題 311
第12 章 串行外設(shè)接口SPI 312
12.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 312
12.2 SPI 的功能及主要特性 312
12.3 SPI 的工作原理 313
12.3.1 SPI 功能框圖 313
12.3.2 SPI 的工作模式 314
12.3.3 SPI 用作主設(shè)備 315
12.3.4 SPI 用作從設(shè)備 315
12.3.5 狀態(tài)標(biāo)志 315
12.3.6 DMA 傳輸 316
12.4 寄存器 316
12.5 寄存器映射 317
12.6 SPI 編程方法 317
12.6.1 庫(kù)函數(shù)接口 317
12.6.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 318
12.7 SPI 編程舉例 319
12.8 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)――智慧教室：OLED 顯示教室溫濕度 320
12.8.1 項(xiàng)目需求 320
12.8.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 320
12.8.3 OLED SSD1306 介紹 321
12.8.4 系統(tǒng)分析 324
12.8.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 324
12.8.6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 325
12.9 習(xí)題 334
第13 章 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 335
13.1 學(xué)習(xí)目標(biāo) 335
13.2 ADC 的主要特性 335
13.3 ADC 的功能結(jié)構(gòu)與基本概念 336
13.3.1 ADC 轉(zhuǎn)換的觸發(fā)方式 337
13.3.2 模擬信號(hào)輸入通道 337
13.3.3 通道序列/通道分組 337
13.3.4 規(guī)則序列與注入序列 337
13.3.5 自動(dòng)注入 338
13.3.6 序列的定義與轉(zhuǎn)換結(jié)果的保存 338
13.4 ADC 的工作方式 338
13.5 注入序列轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)方式 339
13.6 中斷和DMA 339
13.7 ADC 的時(shí)鐘與采樣時(shí)間 340
13.8 ADC 的觸發(fā) 340
13.9 數(shù)據(jù)對(duì)齊 342
13.10 校準(zhǔn) 342
13.11 模擬看門狗 342
13.12 轉(zhuǎn)換結(jié)果 343
13.13 ADC 寄存器 343
13.14 ADC 寄存器映射 343
13.15 ADC 編程方法 344
13.15.1 庫(kù)函數(shù)接口 344
13.15.2 庫(kù)函數(shù)編程方法 346
13.16 ADC 編程舉例 346
13.16.1 使用STM32CubeMX配置ADC 347
13.16.2 使用STM32CubeMX生成代碼 349
13.16.3 電位器驅(qū)動(dòng) 351
13.17 項(xiàng)目實(shí)踐――智慧教室：光照強(qiáng)度控制 353
13.17.1 項(xiàng)目需求 353
13.17.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 353
13.17.3 光照強(qiáng)度傳感器――光敏電阻特性 353
13.17.4 系統(tǒng)分析 355
13.17.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 356
13.17.6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 359
13.18 習(xí)題 368