STM32单片机原理及应用_冯占荣,王利霞,李冀_9787568071505

当前，我国科学技术已经得到飞速发展，使人们的生活质量得到明显改善，同时减少了成本的研发成本，再加上我国高新技术、物联网技术以及高新技术的大力支持，嵌入式操作系统技术在我国各个领域都得到广泛应用。本书结合学生所学的基础知识，兼顾非电气/自动化和近电气/自动化专业的教学特点，主要介绍了STM32的原理及采用HAL库在Proteus的简要仿真过程。全书共分为两部分：部分对语言、HAL库及编程、仿真平台做了概述、总结；第二部分通过实例演示了采用HAL库及STM32CubeMX编程的一般过程。本书的思想是完全替代8位、16位单片机，特别是51系列单片机，因此可作为应用型本科及高职、高专的教材，也可作为普通院校的嵌入式系统课程教材，可在这类型学校推广。该书引入了大量的示例，可作为技术人员、工程师的参考工具书。

单片微型计算机简称单片机，简单来说就是集中央处理器(运算、控制)、随机存储器(数据存储)、只读存储器(程序存储)、输入/输出设备(串口、并口等)和中断系统于同一芯片的器件。将中央处理器、随机存储器、只读存储器、输入/输出设备都做成单独的芯片，安装在一个主板上，就构成了个人计算机主板，进而可组装成计算机。以往单片机以8位或16位的微控制器为主体，这种单片机久经岁月的洗礼，在工业控制应用中大放光芒。然而，现代工程需求对单片机的功能、响应速度、功耗的要求越来越高，以89C51系列单片机为代表的传统单片机已经不能满足这些要求。尽管工程师可以选择诸如ARM系列更高效快速的微处理器，但从成本及开发门槛等方面考虑，其还是很难满足要求。基于此，ST(意法半导体)公司使用ARM公司的CortexM0、M0 、M3、M4和M7内核生产了32位高性价比的STM32微处理器，其按内核架构分为主流产品(STM32F0、STM32F1、STM32F3)、超低功耗产品(STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L4 )、高性能产品(STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7)。不论哪种内核架构的产品，其内部资源(寄存器和外设功能)都较8051、AVR和PIC要丰富得多，因此STM32一上市就迅速占领了中低端微处理器市场，颇有星火燎原之势。当然，这与其倡导的基于库的开发方式密不可分。采用库的开发方式，仅通过调用库里面的API就可迅速搭建一个大型程序，写出各种用户所需的应用，这就大大降低了学习及开发门槛。特别是STM32CubeMX软件的问世，更是使其应用库函数开发进展迅速。基于此，本书主要对库采用的C语言做了总结归纳，进而对STM32的构成及库函数的封装形式做了简要分析，*后采用HAL库在Proteus平台进行编程实例化。本书主要包括两篇。篇：语言、HAL库及编程平台。本篇归纳总结了C语言程序常用语法、关键字，简要介绍了STM32的特点、分类等内容；此外，还介绍了函数对寄存器封装方法、HAL库，以及STM32CbueMX、Keil MDK、Proteus等工具。第二篇：设计仿真。本篇介绍了点亮LED灯、按键扫描控制LED灯、按键中断控制LED灯、基本定时器、PWM输出(仿真器端口电平、呼吸灯、PWM捕获)、串口收发送数据(轮循、中断、DMA)、实时时钟RTC、单总线控制(温、湿度采集)及LCD1602的仿真应用。本书由编者结合多年从事机电一体化、信号检测技术等相关课程教学经验编写而成，为初学、自学的学生、研究人员学习HAL库编程的入门书籍，尤其适合无硬件基础或掌握的硬件知识不丰富的读者，适用于入门培训、课堂教学。本书的出版得到了南昌航空大学创新创业教育课程培育项目的大力支持。在编写本书的过程中，参考了多种书籍、文献，除参考文献中所列的文献之外，还有许多来自于网络，无法一一注明出处。在此，谨向所有文献作者表示感谢！由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请各位读者给予批评、指正

第1篇C语言、HAL库及编程、仿真平台

第1章C语言知识要点(3)

1.1C语言基础知识(3)

1.2数组(8)

1.3函数(12)

1.4指针(16)

1.5结构体、共用体与枚举(21)

1.6编程规范(27)

思考与练习(39)

第2章STM32简介(40)

2.1CortexM3内核(40)

2.2STM32的特点(40)

2.3STM32的分类(41)

2.4STM32的型号说明(42)

2.5内部资源(43)

2.6内部结构(45)

2.7时钟树(47)

思考与练习(49)

第3章寄存器的函数封装方法(50)

3.1地址空间(50)

3.2通过地址设置寄存器(53)

3.3地址重命名(53)

3.4外设的封装(54)

3.5寄存器的封装(55)

思考与练习(56)

第4章HAL库及编程平台(57)

4.1标准库及HAL库的比较(57)

4.2HAL库(57)

4.3图形配置工具STM32CubeMX(63)

4.4编程平台Keil MDK5(78)

思考与练习(84)

第5章仿真平台Proteus 8.6(85)

5.1Proteus 8.6环境(85)

5.2添加及布置元器件(89)

5.3仿真控制(91)

思考与练习(92)

第2篇设计仿真

第6章点亮LED灯(95)

6.1GPIO简介(95)

6.2实例描述及硬件连接图绘制(101)

6.3STM32CubeMX配置工程(104)

6.4仿真结果(112)

6.5代码分析(112)

6.6点亮3个LED灯(116)

6.7流水灯(118)

思考与练习(123)

第7章用按键扫描控制LED灯(126)

7.1实例描述及硬件连接图绘制(126)

7.2STM32CubeMX配置工程(127)

7.3代码分析(129)

7.4编写用户代码(130)

7.5仿真结果(132)

7.6按键说明(132)

思考与练习(133)

第8章按键中断控制LED灯(134)

8.1中断和异常向量(134)

8.2NVIC优先级分组(137)

8.3外部中断(138)

8.4实例描述及硬件连接图绘制(139)

8.5STM32CubeMX配置工程(139)

8.6代码分析(140)

8.7编写用户代码(143)

8.8仿真结果(144)

思考与练习(144)

第9章仿真器端口电平基本定时器(145)

9.1定时器功能简介(145)

9.2基本定时器工作分析(145)

9.3基本定时器时钟源(146)

9.4基本定时器周期(146)

9.5实例描述及硬件连接图绘制(146)

9.6STM32CubeMX配置工程(147)

9.7外设结构体分析(149)

9.8编写用户代码(151)

9.9查看运行结果(151)

9.10仿真结果(153)

思考与练习(155)

第10章仿真器端口电平PWM输出(156)

10.1通用定时器工作分析(156)

10.2定时器的时钟源(159)

10.3实例描述及硬件连接图绘制(160)

10.4STM32CubeMX配置工程(160)

10.5外设结构体分析(162)

10.6编写用户代码(163)

10.7实例现象(163)

思考与练习(164)

第11章呼吸灯PWM输出再应用(165)

11.1呼吸灯控制原理(165)

11.2实例描述及硬件连接图绘制(166)

11.3STM32CubeMX配置工程(166)

11.4中断函数分析(168)

11.5编写用户代码(168)

11.6仿真结果(169)

11.7重写回调函数(169)

思考与练习(170)

第12章脉冲测量PWM捕获(172)

12.1捕获的再理解(172)

12.2实例描述及硬件连接图绘制(173)

12.3STM32CubeMX配置工程(173)

12.4中断函数分析(174)

12.5编写用户代码(175)

12.6仿真结果(177)

12.7PWM输入捕获特例设置(178)

思考与练习(182)

第13章向串口发送数据(183)

13.1串口基础知识(183)

13.2实例描述及硬件连接图绘制(187)

13.3STM32CubeMX配置工程(188)

13.4外设结构体分析(189)

13.5编写用户代码(192)

13.6仿真结果(192)

13.7重定向函数(192)

思考与练习(194)

第14章串口收发数据(195)

14.1实例描述及硬件连接图绘制(195)

14.2STM32CubeMX配置工程(196)

14.3中断函数分析(197)

14.4编写用户代码(198)

14.5仿真结果(199)

思考与练习(199)

第15章LED灯与串口输出并行(200)

15.1DMA概述(200)

15.2实例描述及硬件连接图绘制(202)

15.3STM32CubeMX配置工程(203)

15.4DMA中断函数分析(205)

15.5编写用户代码(205)

15.6仿真结果(206)

思考与练习(206)

第16章实时时钟RTC(207)

16.1RTC的特点及时钟源选择(207)

16.2UNIX时间戳(207)

16.3实例描述及硬件连接图绘制(208)

16.4STM32CubeMX配置工程(208)

16.5外设结构体分析(210)

16.6编写用户代码(213)

16.7仿真结果(214)

思考与练习(214)

第17章芯片自带温度传感器使用A/D转换(215)

17.1STM32的A/D转换简介(215)

17.2实例描述及硬件连接图绘制(217)

17.3STM32CubeMX配置工程(217)

17.4外设结构体分析(220)

17.5编写用户代码(224)

思考与练习(224)

第18章单总线控制下的DS18B20温度采集(226)

18.1DS18B20简介(226)

18.2实例描述及硬件连接图绘制(234)

18.3STM32CubeMX配置工程(235)

18.4延时函数说明(236)

18.5编写用户代码(236)

18.6实例现象(241)

第19章单总线控制下的温湿度测量(243)

19.1DHT11简介(243)

19.2实例描述及硬件连接图绘制(245)

19.3STM32CubeMX配置工程(246)

19.4编写用户代码(246)

19.5仿真结果(250)

第20章LCD1602显示字形式读写端口(252)

20.1LCD1602简介(252)

20.2实例描述及硬件连接图绘制(256)

20.3STM32CubeMX配置工程(256)

20.4预编程分析(259)

20.5编写用户代码(260)

20.6仿真结果(262)

附录AProteus常用元器件关键字中英文对照表(264)

附录B基本逻辑门电路符号(266)

部分参考答案(267)

参考文献(270)

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