前 言


近半個(gè)世紀(jì)以來，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)革命深刻地改變了人類社會(huì)的生產(chǎn)和生活方式。與人們朝夕相處的計(jì)算機(jī)也從傳統(tǒng)意義上的PC，依靠嵌入式系統(tǒng)衍生出手機(jī)、數(shù)字電視、無人機(jī)、工控設(shè)備等。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新興交叉學(xué)科的興起，具有信息收集、處理和聯(lián)網(wǎng)功能且體積、成本嚴(yán)格可控的嵌入式系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合性，是新工科教育最好的試驗(yàn)田。黨的二十大報(bào)告指出：科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力。新工科作為人才培養(yǎng)的新理念、新模式，正成為我國大學(xué)教育的一種創(chuàng)新與探索。新工科教育要求全面落實(shí)學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的教育理念。作者正是在這一理念指導(dǎo)下，結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀與需求編寫了本書，希望為我國新工科教育略盡綿薄之力。
嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展確實(shí)超乎人們的想象。從早期的8位單片機(jī)，到目前主流的32位單片機(jī)，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用已滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。作為ARM單片機(jī)的一個(gè)典型系列，STM32微控制器以其較高的性能和優(yōu)越的性價(jià)比，毫無疑問地成為32位單片機(jī)市場的主流。把STM32微控制器引入大學(xué)的培養(yǎng)體系，已經(jīng)成為高校的共識(shí)和共同實(shí)踐。
ARM公司基于市場需求率先推出了一款基于ARMV7架構(gòu)的32位ARM Cortex-M微控制器內(nèi)核。Cortex-M系列內(nèi)核支持兩種運(yùn)行模式，即線程模式（Thread Mode）與處理模式（Handler Mode），這兩種模式都有各自獨(dú)立的堆棧，使得內(nèi)核更加支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。并且Cortex-M系列內(nèi)核支持Thumb-2指令集，因此基于Cortex-M系列內(nèi)核的微控制器的開發(fā)和應(yīng)用可以在C語言環(huán)境中完成。
Cortex-M系列內(nèi)核誕生之后，意法半導(dǎo)體（ST）公司積極應(yīng)對(duì)當(dāng)今嵌入式產(chǎn)品市場的新要求和新挑戰(zhàn)，推出了基于Cortex-M系列內(nèi)核的STM32微控制器。它具有出色的微控制器內(nèi)核和完善的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且具有易于開發(fā)、性能高、兼容性好、功耗低、實(shí)時(shí)處理能力和數(shù)字信號(hào)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，這使得STM32微控制器一經(jīng)上市就迅速占領(lǐng)了中低端微控制器市場。
本書以ST公司的基于32位ARM內(nèi)核的STM32F103為背景機(jī)型，介紹嵌入式系統(tǒng)的原理與應(yīng)用。
本書的特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：
1）基于流行的STM32F103系列微控制器介紹嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
2）內(nèi)容精練、圖文并茂、循序漸進(jìn)、重點(diǎn)突出。
3）不介紹煩瑣的STM32寄存器，重點(diǎn)講述STM32庫函數(shù)。
4）以理論為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為主導(dǎo)，章節(jié)內(nèi)容前后安排邏輯性強(qiáng)、層次分明、易教易學(xué)。
5）結(jié)合國內(nèi)主流硬件開發(fā)板即正點(diǎn)原子STM32F103（戰(zhàn)艦），書中給出了各個(gè)外設(shè)模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)實(shí)例，其代碼均在開發(fā)板上調(diào)試通過，并可通過TFTLCD或串口調(diào)試助手查看調(diào)試結(jié)果，可以很好地鍛煉學(xué)生的硬件理解能力和軟件編程能力，起到舉一反三的效果。
本書共11章。第1章對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了概述，介紹了嵌入式系統(tǒng)的組成、嵌入式系統(tǒng)的軟件、嵌入式系統(tǒng)的分類、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、嵌入式系統(tǒng)的體系、嵌入式處理器分類、ARM嵌入式微處理器、ARM Cortex-M3處理器的調(diào)試、嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展；第2章對(duì)STM32微控制器與最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述，介紹了STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)和STM32F103ZET6內(nèi)部架構(gòu)、STM32F103ZET6的存儲(chǔ)器映像、STM32F103ZET6的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)、STM32F103VET6的引腳、STM32F103VET6 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)STM32微控制器的方法；第3章介紹了嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建，包括Keil MDK5安裝配置、Keil MDK下新工程的創(chuàng)建、J-Link驅(qū)動(dòng)安裝、Keil MDK5調(diào)試方法、Cortex-M3 微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)（CMSIS）、STM32F103開發(fā)板的選擇和STM32仿真器的選擇；第4章介紹了STM32通用輸入/輸出接口（GPIO），包括通用輸入/輸出接口概述、GPIO的功能、GPIO常用庫函數(shù)、GPIO使用流程、GPIO按鍵輸入應(yīng)用實(shí)例和GPIO LED輸出應(yīng)用實(shí)例；第5章介紹了STM32中斷系統(tǒng)，包括中斷的基本概念、STM32F103中斷系統(tǒng)、STM32F103外部中斷/事件控制器（EXTI）、STM32F10x的中斷系統(tǒng)庫函數(shù)、外部中斷設(shè)計(jì)流程和外部中斷設(shè)計(jì)實(shí)例；第6章介紹了STM32定時(shí)器系統(tǒng)，包括STM32F103定時(shí)器概述、基本定時(shí)器、通用定時(shí)器、高級(jí)定時(shí)器、定時(shí)器庫函數(shù)、定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例和系統(tǒng)滴答定時(shí)器（SysTick）；第7章介紹了STM32通用同步/異步收發(fā)器（USART），包括串行通信基礎(chǔ)、USART工作原理、USART 庫函數(shù)和USART串行通信應(yīng)用實(shí)例；第8章介紹了STM32 SPI控制器，包括STM32的SPI通信原理、STM32F103的SPI工作原理、SPI庫函數(shù)、SPI串行總線應(yīng)用實(shí)例；第9章介紹了STM32 I2C控制器，包括I2C通信原理、STM32F103的I2C接口、STM32F103的I2C庫函數(shù)和I2C控制器應(yīng)用實(shí)例；第10章介紹了STM32模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），包括模擬量輸入通道、模擬量輸入信號(hào)類型與量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、STM32F103ZET6集成的ADC模塊、ADC庫函數(shù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）應(yīng)用實(shí)例；第11章介紹了STM32 DMA控制器，包括STM32 DMA的基本概念、DMA的結(jié)構(gòu)和主要特征、DMA的功能描述、DMA庫函數(shù)和DMA應(yīng)用實(shí)例。
本書結(jié)合作者多年的科研和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，遵循循序漸進(jìn)、理論與實(shí)踐并重、共性與個(gè)性兼顧的原則，將理論實(shí)踐一體化的思想融入其中。書中實(shí)例開發(fā)過程用到的