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基于Cortex-M4内核的STM32F4系列微控制器具有较高的性价比，在多个领域都得到了广泛的应用。本书以STM32F407为例，通过11个具体的项目详细介绍微控制器和嵌入式系统开发技术，主要内容涉及开发环境、标准固件库、GPIO接口、定时器、外部中断、USART、SPI总线、I2C总线、ADC、嵌入式操作系统等。本书采用项目式教学方法进行讲解，可帮助读者快速熟悉ARM微控制器与嵌入式系统的开发流程、STM32系列微控制器的标准固件库和各种外设的使用方法。

目    录
项目1  开发环境的搭建	1
任务1.1  了解ARM微控制器STM32F407	2
1.1.1  ARM微控制器	2
1.1.2  STM32F407的功能	6
任务1.2  初识开发板硬件电路	10
1.2.1  核心板的电路原理图	10
1.2.2  扩展板的电路原理图	13
任务1.3  开发环境的搭建	15
1.3.1  KEIL开发环境搭建	16
1.3.2  安装调试工具	19
1.4  项目总结	22
1.5  动手实践	22
1.6  润物无声：中国芯片	22
1.7  知识巩固	23
项目2  标准固件库函数开发初探：从点亮LED开始	25
任务2.1  多文件编程	25
2.1.1  C程序的编译	26
2.1.2  模块化编程	26
任务2.2  标准固件库函数工程模板的建立	29
2.2.1  标准固件库文件	29
2.2.2  使用帮助文档	35
2.2.3  建立库函数工程模板	36
任务2.3  点亮LED	44
2.3.1  点亮LED的开发步骤	44
2.3.2  硬件电路设计	44
2.3.3  软件设计	45
2.4  项目总结	48
2.5  动手实践	49
2.6  项目拓展	49
2.7  润物无声：千里之行，始于足下	49
2.8  知识巩固	49
项目3  使用GPIO接口完成简单的开发任务	54
任务3.1  使用GPIO接口实现流水灯	54
3.1.1  GPIO接口的工作模式	54
3.1.2  STM32F407ZGT6的时钟系统	60
3.1.3  GPIO接口的结构体及库函数	65
3.1.4  流水灯的软硬件设计	69
任务3.2  使用GPIO接口控制按键	71
3.2.1  任务描述	71
3.2.2  硬件设计	72
3.2.3  软件设计	72
任务3.3  数码管的动态显示	76
3.3.1  任务描述	76
3.3.2  硬件设计	76
3.3.3  软件设计	77
3.4  项目总结	82
3.5  动手实践	82
3.6  润物无声：代码规范	83
3.7  知识巩固	84
项目4  使用定时器实现电子钟	89
任务4.1  熟悉STM32系列微控制器的中断系统	89
4.1.1  嵌套向量中断控制器	91
4.1.2  NVIC的结构体	93
4.1.3  NVIC的标准固件库函数	95
4.1.4  中断编程的要点	95
任务4.2  熟悉STM32F407微控制器的定时器特性	96
4.2.1  高级控制定时器	96
4.2.2  通用定时器	97
4.2.3  基本定时器	97
任务4.3  使用定时器实现电子钟的软件设计	97
4.3.1  基本定时器的主要功能	97
4.3.2  定时器的结构体及标准固件库函数	100
4.3.3  电子钟的软件设计	104
4.4  项目总结	109
4.5  动手实践	109
4.6  润物无声：诚信	109
4.7  知识巩固	109

项目5  利用外部中断为电子钟校准	113
任务5.1  熟悉中断/事件线的特性	113
任务5.2  学会使用EXTI的结构体及标准固件库函数	116
任务5.3  利用外部中断实现电子钟校准的软件设计	118
5.3.1  任务要求	118
5.3.2  编程要点	119
5.3.3  实例代码	120
5.3.3  下载验证	126
5.4  项目总结	126
5.5  动手实践	126
5.6  润物无声：知识产权	127
5.7  知识巩固	127
项目6  通过USART收发数据	130
任务6.1  理解串行通信协议	131
6.1.1  物理层	131
6.1.2  协议层	132
6.1.3  有效数据和数据校验	133
任务6.2  熟悉STM32系列微控制器的USART	133
6.2.1  USART的特性	134
6.2.2  USART的功能	134
任务6.3  学会使用USART的结构体及标准固件库函数	139
任务6.4  通过USART收发数据	143
6.4.1  任务要求	143
6.4.2  编程要点	143
6.4.3  硬件连接	144
6.4.4  软件编程	145
6.4.5  实例代码	146
6.4.6  下载验证	148
6.5  项目总结	151
6.6  动手实践	151
6.7  润物无声：华为5G通信	151
6.8  知识巩固	152
项目7  使用SPI总线操作外设	154
任务7.1  理解SPI协议	155
7.1.1  物理层	155
7.1.2  协议层	155
任务7.2  熟悉STM32系列微控制器的SPI	157
7.2.1  SPI的特性	158
7.2.2  SPI的功能	158
任务7.3  学会使用SPI的结构体及标准固件库函数	160
任务7.4  利用MAX7219实现8位数码管的显示功能	164
7.4.1  编程任务	164
7.4.2  硬件设计	164
7.4.3  软件设计	166
7.4.4  实例代码	169
7.4.5  下载验证	172
7.5  项目总结	173
7.6  动手实践	173
7.7  润物无声：6G争夺战已然打响	174
7.8  知识巩固	174
项目8  使用定时器生成PWM信号	176
任务8.1  理解使用定时器生成PWM信号的原理	176
任务8.2  熟悉STM32系列微控制器的定时器	179
8.2.1  TIM2～TIM5的主要特性	179
8.2.2  TIM9～TIM14的主要特性	180
8.2.3  通用定时器的功能	181
任务8.3  学会使用定时器的结构体和标准固件库函数	189
任务8.4  使用定时器生成PWM信号的软件设计	192
8.4.1  任务描述	192
8.4.2  编程要点	192
8.4.3  实例代码	196
8.4.4  下载验证	198
8.5  项目总结	199
8.6  项目拓展	199
8.7  动手实践	199
8.8  润物无声：精益求精	199
8.9  知识巩固	199
项目9  使用I2C总线驱动OLED	201
任务9.1  理解I2C总线协议	201
9.1.1  I2C总线的物理层	201
9.1.2  I2C总线的协议层	203
任务9.2  熟悉STM32系列微控制器的I2C总线	205
9.2.1  I2C总线接口的特性	205
9.2.2  I2C总线接口的功能	206
9.2.3  I2C总线的通信过程	208
任务9.3  学会使用I2C总线的结构体及标准固件库函数	209
任务9.4  使用I2C总线驱动OLED的软件设计	216
9.4.1  编程任务	216
9.4.2  编程要点	217
9.4.3  硬件设计	217
9.4.4  软件设计	217
9.4.5  实例代码	223
9.4.6  下载验证	236
9.5  项目总结	236
9.6  动手实践	236
9.7  润物无声：柔性OLED	237
9.8  知识巩固	237
项目10  通过ADC采集光敏传感器输出电压值	241
任务10.1  熟悉STM32系列微控制器的ADC	241
10.1.1  ADC的特性	243
10.1.2  ADC的功能	243
任务10.2  学会使用ADC的结构体及标准固件库函数	249
任务10.3  通过ADC单通道采集光敏传感器的输出电压	258
10.3.1  独立模式下ADC单通道数据采集的硬件连接	258
10.3.2  独立模式下ADC单通道数据采集的编程要点	259
10.3.3  实例代码	261
10.3.4  下载验证	263
10.4  项目总结	264
10.5  动手实践	264
10.6  润物无声：集成电路工程技术人员	264
10.7  知识巩固	265
项目11  嵌入式操作系统μC/OS-Ⅲ的移植	267
任务11.1  了解嵌入式操作系统	267
11.1.1  嵌入式系统的特点	267
11.1.2  常用的嵌入式操作系统	268
任务11.2  如何将μC/OS-Ⅲ移植到STM32F407开发板	270
11.2.1  裸机系统和多任务操作系统的区别	270
11.2.2  μCOS-Ⅲ的移植方法	272
任务11.3  如何在μC/OS-Ⅲ上实现单任务——LED闪烁	278
11.3.1  如何创建任务	279
11.3.2  启动任务	281
11.3.3  任务总结	281
11.4  项目总结	281
11.5  动手实践	281
11.6  润物无声：华为鸿蒙系统	282
11.7  知识巩固	282
参考文献	283

前    言
ST公司在2011年推出了基于Cortex-M4内核的STM32F4系列微控制器。相比STM32F1/F2等系列基于Cortex-M3内核的微控制器，STM32F4系列微控制器的最大优势就是新增了硬件FPU单元和DSP指令，同时主频也提高了很多，达到168 MHz（可获得210DMIPS的处理能力），这使得STM32F4系列微控制器特别适合需要浮点运算或DSP处理的应用，因而被称为DSC，具有非常广泛的应用前景。
STM32F4家族目前拥有STM32F40x、STM32F41x、STM32F42x和STM32F43x等几个系列、数十个产品型号，不同型号之间软件和引脚具有良好的兼容性，可方便客户迅速升级产品。其中，性价比最高的是STM32F407微控制器，本书将以STM32F407微控制器为例来介绍STM32F4。
本书从实际应用开发入手，以项目任务为主导，由浅入深、循序渐进地讲述STM32F407微控制器的开发方法、STM32系列微控制器的标准固件库，以及各外设的使用方法。
开发一个嵌入式系统，不仅要求开发人员掌握微控制器的编程技术，还要具备微控制器硬件方面的理论和实践知识。考虑到STM32F407是当今主流的32位微控制器，本书选用了STM32F407，并设计了搭载该微控制器的硬件平台，通过该平台完成了书中的每一个项目。
全书共11个项目，其中项目1是开发环境的搭建，项目2～10是针对STM32F407外设的项目，项目11是针对微控制器进行的嵌入式系统移植。
本书提供了配套视频，对每一个知识点，以及项目的任务点都进行了详细讲解。
本书提供了配套例程，给出了完整的项目示例代码。
开发一款微控制器时，权威的参考资料就是微控制器厂商提供技术文档。这些技术文档通常多达数千页，非常详细地介绍了微处理器的每个细节，但这往往会使初学者无从下手，不利于初学者快速入门。作者根据自己的科研和教学经验，梳理了STM32F407微控制器的技术文档，选取了常用的外设，构成了本书的主要内容。作者在写作时，有意引用了ST公司的技术文档中的示意图，其目的是引导读者有选择地阅读这些技术文档，从而不断提高自己的研发能力。
本书适用于64学时或96学时的“单片机应用技术”或“ARM微控制器与嵌入式系统开发课程”，各项目涵盖的知识点及建议学时如下所示。

项    目	主要知识和技能点	建 议 学 时
		64学时	96学时
项目1	ARM微控制器STM32F407、开发板的硬件电路、开发环境搭建	4	4
项目2 	多文件编程方法、建立标准固件库函数的工程模板、点亮LED流程、GPIO接口的工作模式、时钟树的基本知识	6	8

续表    
项    目	主要知识和技能点	建 议 学 时
		64学时	96学时
项目3 	基于GPIO接口实现流水灯、基于GPIO接口控制按键、数码管的动态显示	12	16
项目4	NVIC中断参数的设定、认识定时器、TIM6的使用、基于定时器实现电子钟 	6	8
项目5	中断/事件线的特性、利用外部中断校准电子钟	6	8
项目6 	串口通信协议、STM32系列微控制器的USART、USART结构体及标准固件库函数、通过USART实现数据收发	6	8
项目7 	SPI协议、STM32系列微控制器的SPI、SPI的结构体及标准固件库库函数、数码管的显示功能	6	12
项目8 	PWM功能、使用定时器生成PWM信号的原理、STM32系列微控制器的定时器、定时器的结构体及标准固件库函数	6	10
项目9 	I2C总线协议、STM32系列微控制器的I2C总线、I2C总线的结构体及标准固件库函数	6	10
项目10 	STM32系列微控制器的ADC、ADC的结构体及标准固件库函数、通过ADC采集电压值	4	8
项目11	嵌入式操作系统、μC/OS-Ⅲ的移植、实现单任务	2	4

由于作者的水平有限，书中难免会有疏漏和不当之处，欢迎广大读者批评指正。

                                                            作  者  
                                                          2023年8月

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