ARM Cortex-M體系架構(gòu)與接口開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)

前 言

ST（意法半導(dǎo)體）在2011年針對(duì)嵌入式領(lǐng)域推出了基于ARM Cortex™-M4為內(nèi)核的STM32F4系列高性能微控制器，其采用了90納米的NVM工藝和ART（自適應(yīng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)器加速器，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator™），并新增了硬件FPU單元及DSP指令，同時(shí)也大大提升了處理器主頻，這使得STM32F4能夠更廣泛地運(yùn)用于高負(fù)荷的工作及生產(chǎn)領(lǐng)域。

相比于STM32F1/STM32F2等CortexM3產(chǎn)品，STM32F4外設(shè)及性能提高了很多。STM32F4擁有192KB的片內(nèi)SRAM，帶攝像頭接口（DCMI）、加密處理器（CRYP）、USB高速OTG、真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、OTP存儲(chǔ)器等。對(duì)于相同的外設(shè)部分，STM32F4具有更快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換速度、更低的ADC/DAC工作電壓、32位定時(shí)器、帶日歷功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）、復(fù)用功能大大增強(qiáng)的I/O、4KB的電池備份SRAM以及更快的USART和SPI通信速度。STM32F4擁有ART自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器，可以達(dá)到相當(dāng)于FLASH零等待周期的性能。

STM32F4家族目前擁有STM32F40x、STM32F41x、STM32F42x和STM32F43x等幾個(gè)系列、幾十個(gè)不同的產(chǎn)品型號(hào)，不同型號(hào)的軟件和引腳相互之間具有很好的兼容性，可方便用戶快速更換產(chǎn)品。由于STM32F4的功耗低、成本低、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單而被大眾所接受。尤其是隨著中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)涉及領(lǐng)域的加大、加深，基于ARM Cortex™ -M的內(nèi)核芯片被廣泛地運(yùn)用在智能家居、智慧交通、智能醫(yī)療、智能電網(wǎng)、物流、農(nóng)業(yè)、安防等領(lǐng)域。相信未來(lái)基于ARM內(nèi)核的芯片將會(huì)一枝獨(dú)秀。

本書(shū)分兩篇：基礎(chǔ)入門(mén)篇（第1～11章）和進(jìn)階篇（第12～18章）。

入門(mén)篇包含：

第1章：ARM特性與MDK開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建，講述ARM的特性及開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建及驅(qū)動(dòng)安裝。

第2章：時(shí)鐘模塊配置，講述ARM Cortex™ -M4內(nèi)核的時(shí)鐘特性及配置時(shí)鐘。

第3章：GPIO輸出功能配置（LED），講述GPIO輸出模式的運(yùn)用。

第4章：GPIO輸入功能配置，講述GPIO輸入模式的運(yùn)用。

第5章：外部中斷配置，講述STM32F4芯片的EXIT的原理及運(yùn)用。

第6章：看門(mén)狗配置，主要講解看門(mén)狗的使用。

第7章：定時(shí)器配置，主要講解通用定時(shí)器的原理及運(yùn)用。

第8章：RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘配置，主要實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)套件在斷電后，時(shí)鐘能正常運(yùn)行。

第9章：UART配置，主要講述串口數(shù)據(jù)的發(fā)送及接收。

第10章：ADC配置，主要講述ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理及用法。

第11章：DAC配置，主要講述DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理及用法。

進(jìn)階篇包含：

第12章：PWM輸出配置，為定時(shí)器章節(jié)的拓展部分。

第13章：輸入捕獲配置，為定時(shí)器章節(jié)的拓展部分。

第14章：TFT LCD配置，運(yùn)用FSMC（靜態(tài)存儲(chǔ)控制器）驅(qū)動(dòng)480×800像素點(diǎn)的顯示屏。

第15章：IIC配置，主要講述IIC通信協(xié)議與實(shí)現(xiàn)。

第16章：SPI配置，主要講述SPI通信協(xié)議與實(shí)現(xiàn)。

第17章：485通信配置，主要講述RS-485通信協(xié)議及實(shí)現(xiàn)。

第18章：CAN通信配置，主要講述汽車(chē)常用總線CAN通信的實(shí)現(xiàn)。

本書(shū)的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐相結(jié)合，詳細(xì)闡述了STM32F4開(kāi)發(fā)所需要的基礎(chǔ)知識(shí)。本書(shū)堅(jiān)持“高視點(diǎn)”，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對(duì)ARM知識(shí)和技能的要求，以培養(yǎng)和訓(xùn)練讀者編程和開(kāi)發(fā)能力為目的，將ARM體系所涉及的理論與實(shí)踐知識(shí)循序漸進(jìn)、全面合理地介紹給讀者。書(shū)中盡量展現(xiàn)細(xì)節(jié)，為讀者提供一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)過(guò)程。給讀者從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐開(kāi)發(fā)提供一個(gè)嶄新的學(xué)習(xí)思路。

本書(shū)的編寫(xiě)者由北京航空航天大學(xué)林慶峰老師以及由北航畢業(yè)的博士后、碩士等為主力的武漢飛航科技有限公司和北京云班科技有限公司的研發(fā)人員組成，作者都有多年從事ARM與物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)方面的經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)的編寫(xiě)者除林慶峰、韓錚、葉貴強(qiáng)、奚海蛟外，還有來(lái)自北京云班科技有限公司與武漢飛航科技有限公司的眾多工程師，他們是：楊金星、何貴忠、吳志雄、牛傳濤、王飛、高志國(guó)、饒志剛、夏良師、孟明燾、徐艷龍、奚天麒、付盈、唐新梅。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中還得到了東莞市技師學(xué)院智能制造學(xué)院周軍院長(zhǎng)和張強(qiáng)主任的大力支持，在此深表感謝！本書(shū)所介紹和闡述的代碼所涉及的全部實(shí)驗(yàn)設(shè)備均由武漢飛航科技有限公司提供。所介紹的實(shí)驗(yàn)案例均可在飛航的光標(biāo)系列飛控上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

由于編者水平所限，并且時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免有疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

為方便讀者，閱讀過(guò)程中有任何疑問(wèn)可聯(lián)系本書(shū)作者，聯(lián)系微信號(hào)：feihangkeji2018或掃描以下二維碼。

編 者

2019年5月

前言
基礎(chǔ)入門(mén)篇

第1章 ARM特性與MDK開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建 2
1.1 ARM特性 2
1.2 MDK開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建 5
1.3 驅(qū)動(dòng)安裝 7
1.4 MDK開(kāi)發(fā)環(huán)境使用 7
第2章 時(shí)鐘模塊配置 10
2.1 庫(kù)函數(shù)工程搭建 10
2.2 時(shí)鐘概述 14
2.2.1 STM32F4的時(shí)鐘 15
2.2.2 時(shí)鐘樹(shù)的概念 15
2.3 時(shí)鐘初始化配置實(shí)例 23
2.3.1 PLL時(shí)鐘 23
2.3.2 AHB時(shí)鐘 24
2.3.3 APB1和APB2時(shí)鐘 24
第3章 GPIO輸出功能配置（LED） 27
3.1 GPIO功能概述 27
3.2 GPIO相關(guān)寄存器 29
3.3 GPIO輸出配置實(shí)例 34
第4章 GPIO輸入功能配置 38
4.1 GPIO相關(guān)寄存器 38
4.2 GPIO輸入功能配置實(shí)例 41
第5章 外部中斷配置 44
5.1 外部中斷功能概述 44
5.2 外部中斷相關(guān)寄存器 46
5.3 外部中斷配置實(shí)例 49
第6章 看門(mén)狗配置 55
6.1 看門(mén)狗功能概述 55
6.2 看門(mén)狗相關(guān)寄存器 55
6.3 看門(mén)狗配置實(shí)例 57
第7章 定時(shí)器配置 59
7.1 定時(shí)器功能概述 59
7.2 定時(shí)器相關(guān)寄存器 65
7.3 定時(shí)器配置實(shí)例 82
第8章 RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘配置 86
8.1 RTC功能概述 86
8.2 RTC相關(guān)寄存器 89
8.3 RTC配置實(shí)例 92
第9章 UART配置 95
9.1 UART功能概述 95
9.2 UART相關(guān)寄存器 98
9.3 UART配置實(shí)例 108
第10章 ADC配置 113
10.1 ADC功能概述 113
10.1.1 ADC時(shí)鐘 113
10.1.2 ADC的兩種觸發(fā)方式 114
10.1.3 DMA 116
10.2 ADC相關(guān)寄存器 116
10.3 ADC配置實(shí)例 123
第11章 DAC配置 125
11.1 DAC功能概述 125
11.2 DAC相關(guān)寄存器 128
11.3 DAC配置實(shí)例 136

進(jìn)階篇

第12章 PWM輸出配置 140
12.1 PWM功能概述 140
12.2 PWM相關(guān)寄存器 142
12.3 PWM輸出配置實(shí)例 146
第13章 輸入捕獲配置 149
13.1 輸入捕獲 149
13.2 輸入捕獲配置實(shí)例 150
第14章 TFT LCD配置 156
14.1 TFT LCD簡(jiǎn)介 156
14.1.1 液晶控制原理 156
14.1.2 液晶數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序 157
14.1.3 液晶控制器簡(jiǎn)介 159
14.2 TFT LCD配置實(shí)例 167
第15章 IIC配置 170
15.1 IIC功能概述 170
15.1.1 IIC軟件協(xié)議 170
15.1.2 硬件IIC 173
15.2 IIC相關(guān)寄存器 175
15.3 IIC配置實(shí)例 184
第16章 SPI配置 197
16.1 SPI功能概述 197
16.2 SPI相關(guān)寄存器 199
16.3 SPI配置實(shí)例 203
第17章 485通信配置 205
17.1 485通信 205
17.2 485通信配置實(shí)例 208
第18章 CAN通信配置 212
18.1 CAN通信簡(jiǎn)介 212
18.1.1 CAN協(xié)議層 214
18.1.2 幀的種類(lèi) 215
18.2 CAN相關(guān)寄存器 219
18.3 CAN通信配置實(shí)例 226

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國(guó)產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師考試32小時(shí)通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時(shí)通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測(cè)實(shí)訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢(qián)波]
6. 科技信息檢索與論文寫(xiě)作實(shí)用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫(huà)論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫(kù)編程 [主編 殷樹(shù)友 邢 翀]
9. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國(guó)勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運(yùn)營(yíng)與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅(jiān)]
20. 高級(jí)辦公應(yīng)用項(xiàng)目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開(kāi)發(fā)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實(shí)戰(zhàn)寶典百問(wèn)百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢(mèng)娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實(shí)踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長(zhǎng)沙市會(huì)展業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 周棟良]