嵌入式系统原理与实践:基于ARM Cortex-M3内核德STM32微控制器

第1章 嵌入式系统简介

1．1 嵌入式系统概述

1．2 嵌入式系统的发展□□

1．3 嵌入式系统组成

1．4 嵌入式操作系统

1．5 嵌入式系统的应用

第2章 ARM技术概述

2．1 ARM公司简介

2．2 ARM体系结构

2．3 ARM指令集

2．4 ARMCortex-M3内核

第3章 基于ARMCortex-M3内核的STM32F103系列处理器

3．1 STM32系列芯片概述

3．2 STM32F103系列芯片架构

3．3 STM32F103系列芯片低功耗特性

第4章 软硬件开发平台

4．1 STM32F103的 小系统

4．2 STM32F103的硬件模块电路

4．3 软件平台搭建

第5章 通用输入／输出端口（GPIO）

5．1 GPIO概述

5．2 STM32F103的GPIO工作原理

5．3 STM32F103的GPIO相关库函数

5．4 STM32F103微控制器的GPIO端口开发实例

第6章 定时器

6．1 定时器概述

6．2 STM32F103的定时器分类

6．3 STM32F10x定时器相关库函数

6．4 STM32F10x定时器开发实例（一）

6．5 STM32F10x定时器开发实例（二）

第7章 中断

7．1 STM32中断和异常

7．2 中断的基本概念

7．3 STM32F103嵌套向量中断控制器NVIC

7．4 STM32F103外部中断／事件控制器EXTI

7．5 STM32F103中断开发实例

第8章 通用同步异步收发器（USART）

8．1 USART概述

8．2 数据通信的基本概念

8．3 STM32F10x的USART相关库函数

8．4 STM32F10x的USART开发实例

第9章 串行外围设备接口（SPI）

9．1 SPI概述

9．2 STM32F103的SPI工作原理

9．3 STM32F103的SPI通信原理

9．4 STM32F10×的SPI相关库函数

9．5 STM32F10x的SPI开发实例

第10章 I2C总线

10．1 I2C概述

10．2 I2C工作原理

10.3I2C通信原理

10.4STM32F10×的I2C相关库函数 / 208

10.5STM32F10×的I2C开发实例/216

第11章模数转换器（ADC）/230

11.1ADC概述 /230

11.2STM32F103的ADC工作原理 /234

11.3STM32F10×的ADC相关库函数/240

11.4 STM32F10×的ADC开发实例/254

第12章直接内存访问（DMA）/260

12.1DMA概述 /260

12.2STM32的DMA工作原理/262

12.3STM32F10×的DMA相关库函数/268

12.4STM32F103的DMA实例应用/276

第13章自动循迹小车开发实例/286

13.1自动循迹小车硬件开发平台/286

13.2自动循迹小车的控制方法 /300

13.3软件设计介绍/314

参考文献/328

第1章嵌入式系统简介

近年来，随着计算机技术、微电子技术及通信技术的飞速发展，基于32位微处理器的嵌入式系统在各个领域的应用不断得到扩大和深入，嵌入式产品已成为信息产业的主流。嵌入式系统在日常生活中无处不在，如手机、路由器、平板等这些常见的设备均为嵌入式系统。图1.1为目前嵌入式技术在各领域的应用情况。

本章主要从嵌入式系统的概念、特点、应用、组成等方面介绍了嵌入式系统的基本知识，使读者对嵌入式系统建立起一个完整的概念。

1.1嵌入式系统概述

嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。由图1.1我们可以发现，目前嵌入式系统已经渗透到人们生活中的每个角落，如工业、服务业、消费电子等，而恰恰由于这种范围的扩大，“嵌入式系统”更加难以明确定义。

“嵌入式系统”的概念难以明确，很大原因是其应用领域非常广泛。例如，工业控制领域的PC104微型工业控制计算机属于嵌入式系统，而数码电子类的平板也可以叫作嵌入式系统。然而通过比较，我们会发现，两者除了其中都有微处理器并由其控制外几乎完全不同。那是否可以说包含微处理器的设备就是嵌入式系统？有一些台灯、LED灯组也是由单片机来控制的，也可以称为嵌入式系统吗？

到底什么是嵌入式系统？一些初学者往往会将其理解成一个难以定义的抽象概念。

一般来说，可从以下几个方面来理解嵌入式系统：

（1）嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、更具有优势，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁剪利用。

（2）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。

（3）嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，要建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几KB到几十KB的微内核，需要根据实际的需要进行功能扩展或者裁剪，但由于微内核的存在，这种扩展能够非常顺利地进行。

实际上，嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，而且有时很难给它下一个准确的定义。最早按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将其分为大型计算机、中型机、小型机和微型机，并以此来组织学科和产业分工，这种分类沿袭了约40年。近10年来，随着计算机技术的迅速发展，实际情况产生了根本性的变化。例如，20世纪70年代末定义的由微型机演变出来的个人计算机（PC）如今已经占据了全球计算机工业的绝大部分市场，其处理速度也超过了当年大、中型计算机。

随着计算机技术和产品对其他行业的广泛渗透，以应用为中心的分类方法变得更为切合实际，即按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以相似形式出现并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC；嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中的。

本书是介绍“嵌入式系统”的教材，全面、系统地讲述了嵌入式系统及其各组成部分的基本知识、技术原理和设计方法。本书从结构上分为三大模块，第一模块对嵌入式系统、ARM技术和基于ARMCortex-Ms内核的STM32F103系列微控制器进行概述；第二模块对嵌入式系统开发需要的软硬件平台及其配置方法进行介绍；第三模块介绍STM32F103微控制器的基本外设，包括通用输入/输出端口(GPI0)、定时器(TIIM)等内容，每个外设章节都结合一个开发实例进行介绍。