本书主要以STM32F429微控制器为对象讲解嵌入式系统设计方法、实例。全书分为17章,主要对嵌入式系统,ARM Cortex-M体系架构,STM32F429微控制器内部构造及其常用的片上外设结构、应用实例、程序开发方法进行了讲解。书中对常用的应用进行了实例讲解,给出了清晰的系统应用设计思路,并明确了每个应用的设计步骤,提供了每个应用的程序源代码,使初学者在学习了相关基本知识后能够对具体的设计一看即懂。本书设计了适量习题,习题内容紧贴各章核心内容,涵盖基本概念及相关应用,能够起到巩固重要知识点的作用。本书适用于电子、通信、电气、测控、计算机、物联网等专业的在校生和嵌入式系统设计的爱好者。

第1章 嵌入式系统1 1.1 嵌入式系统概述1 1.1.1 嵌入式系统的定义1 1.1.2 嵌入式系统的特点1 1.1.3 嵌入式系统的应用2 1.2 嵌入式系统的体系2 1.2.1 硬件架构3 1.2.2 软件层次3 1.3 嵌入式硬件系统6 1.3.1 嵌入式处理器分类6 1.3.2 典型嵌入式处理器7 1.3.3 存储系统9 1.3.4 I/O接口10 1.3.5 人机接口10 1.3.6 电源及其他设备10 1.4 嵌入式操作系统10 1.4.1 嵌入式操作系统的发展10 1.4.2 嵌入式操作系统的分类11 1.4.3 嵌入式实时操作系统的功能12 1.4.4 常用的嵌入式操作系统13 1.5 嵌入式系统的设计14 1.5.1 嵌入式系统设计流程14 1.5.2 嵌入式系统开发环境搭建15 习题16 第2章 ARM Cortex-M体系架构18 2.1 ARM Cortex体系架构概述18 2.1.1 CISC和RISC18 2.1.2 ARM架构发展史20 2.1.3 ARM处理器的类型20 2.1.4 Cortex-M系列处理器22 2.2 Cortex-M4内核基础23 2.2.1 寄存器组24 2.2.2 堆栈操作26 2.2.3 特殊功能寄存器组27 2.2.4 操作模式28 2.3 存储器系统30 2.3.1 数据类型30 2.3.2 存储形式30 2.3.3 存储器映射31 2.3.4 位带区32 2.4 异常和中断33 2.4.1 ���量表34 2.4.2 优先级35 2.4.3 响应过程36 2.4.4 复位38 习题39 第3章 STM32F429微控制器40 3.1 STM32系列微控制器40 3.1.1 STM32系列微控制器概述40 3.1.2 芯片命名规则41 3.1.3 开发工具41 3.1.4 STM32标准函数库介绍46 3.2 STM32F429微控制器结构51 3.2.1 芯片资源51 3.2.2 芯片内部结构52 3.2.3 芯片引脚和功能55 3.2.4 电源系统57 3.2.5 复位系统60 3.3 STM32F4系列微控制器存储器映射和寄存器61 3.3.1 存储器映射61 3.3.2 自举配置63 3.3.3 寄存器映射63 习题67 第4章 启动文件和SysTick69 4.1 启动文件69 4.1.1 启动文件概述69 4.1.2 启动步骤69 4.2 启动文件代码讲解70 4.3 SysTick75 4.3.1 SysTick概述75 4.3.2 SysTick的库函数76 4.3.3 应用实例78 习题79 第5章 GPIO80 5.1 GPIO结构原理80 5.1.1 GPIO功能描述80 5.1.2 GPIO输入配置81 5.1.3 GPIO输出配置82 5.1.4 GPIO复用功能配置84 5.1.5 GPIO模拟功能配置85 5.2 GPIO相关寄存器86 5.2.1 模式寄存器86 5.2.2 输出类型寄存器86 5.2.3 输出速度寄存器87 5.2.4 上拉/下拉寄存器87 5.2.5 输入数据寄存器88 5.2.6 输出数据寄存器88 5.2.7 置位/复位寄存器89 5.2.8 配置锁存寄存器90 5.2.9 复用功能寄存器90 5.3 GPIO典型应用步骤及常用库函数92 5.3.1 GPIO典型应用步骤92 5.3.2 常用库函数93 5.4 应用实例97 5.4.1 GPIO输出应用实例97 5.4.2 GPIO输入应用实例99 5.4.3 GPIO复用应用实例101 5.4.4 矩阵按键应用102 习题106 第6章 NVIC108 6.1 NVIC的中断类型及中断管理方法108 6.1.1 中断类型108 6.1.2 中断管理方法109 6.2 常用库函数110 6.3 应用实例112 习题113 第7章 EXTI114 7.1 EXTI概述114 7.1.1 EXTI结构114 7.1.2 GPIO相关EXTI线116 7.2 EXTI典型应用步骤及常用库函数116 7.2.1 EXTI典型应用步骤116 7.2.2 常用库函数117 7.3 应用实例119 习题121 第8章 时钟系统122 8.1 时钟系统结构122 8.1.1 时钟源124 8.1.2 HSE时钟124 8.1.3 PLL配置125 8.1.4 LSE 时钟126 8.1.5 LSI时钟126 8.1.6 时钟输出功能126 8.2 PLL时钟系统配置步骤及常用库函数126 8.2.1 PLL时钟系统配置步骤127 8.2.2 常用库函数127 8.3 应用实例130 习题132 第9章 定时器系统133 9.1 定时器系统概述133 9.1.1 定时器结构134 9.1.2 时钟源134 9.2 基本定时功能137 9.2.1 时基单元137 9.2.2 计数模式138 9.3 捕抓/比较功能141 9.3.1 输入捕抓/比较输出通道141 9.3.2 输入捕抓模式143 9.3.3 输出模式144 9.3.4 编码器接口模式147 9.4 定时器典型应用步骤及常用库函数150 9.4.1 基本定时功能应用步骤150 9.4.2 输入捕抓模式应用步骤150 9.4.3 PWM输出应用步骤152 9.4.4 编码器接口应用步骤153 9.4.5 常用库函数155 9.5 应用实例159 9.5.1 定时器控制实现灯闪烁159 9.5.2 直流电机调速控制161 9.5.3 测量外部输入脉冲频率164 9.5.4 测量电机转速和方向167 习题170 第10章 DMA控制器171 10.1 DMA控制器概述171 10.1.1 DMA控制器主要特性171 10.1.2 DMA控制器结构172 10.2 DMA控制器功能173 10.2.1 DMA事务173 10.2.2 数据流174 10.2.3 通道174 10.2.4 仲裁175 10.2.5 循环模式176 10.2.6 单次和突发模式176 10.2.7 FIFO176 10.2.8 DMA中断177 10.2.9 DMA数据流配置过程177 10.3 DMA典型应用步骤及常用库函数178 10.3.1 DMA典型应用步骤178 10.3.2 常用库函数179 10.4 应用实例181 习题183 第11章 通用同步异步收发器(USART)184 11.1 通信概述184 11.1.1 并行通信和串行通信184 11.1.2 单工通信、半双工通信、全双工通信185 11.1.3 同步通信和异步通信185 11.1.4 RS-232186 11.2 STM32F429微控制器的USART结构188 11.2.1 USART概述188 11.2.2 波特率设置192 11.2.3 USART中断193 11.2.4 DMA控制193 11.3 USART典型应用步骤及常用库函数194 11.3.1 USART典型应用步骤194 11.3.2 常用库函数194 11.4 应用实例197 11.4.1 通过串口向计算机传输100个字节197 11.4.2 串口与计算机回显功能实现199 11.4.3 利用DMA通过串口向计算机传输1000个字节202 习题204 第12章 模数转换器(ADC)205 12.1 ADC概述205 12.1.1 A/D转换过程205 12.1.2 ADC原理206 12.2 STM32F429微控制器的ADC结构208 12.3 STM32F429微控制器的ADC功能212 12.3.1 ADC使能和启动212 12.3.2 时钟配置213 12.3.3 转换模式213 12.3.4 DMA控制214 12.4 ADC典型应用步骤及常用库函数215 12.4.1 ADC典型应用步骤215 12.4.2 常用库函数216 12.5 应用实例220 12.5.1 规则组单通道采集外部电压220 12.5.2 使用DMA和规则组通道实现多路模拟信号采集222 习题227 第13章 数模转换器(DAC)228 13.1 DAC概述228 13.1.1 基本概念228 13.1.2 DAC原理229 13.2 STM32F429微控制器的DAC结构230 13.3 STM32F429微控制器的DAC功能231 13.4 DAC典型应用步骤及常用库函数234 13.4.1 DAC典型应用步骤234 13.4.2 常用库函数235 13.5 应用实例236 习题239 第14章 I2C控制器240 14.1 I2C协议240 14.1.1 I2C物理层240 14.1.2 I2C协议层241 14.2 软件模拟I2C协议程序分析244 14.2.1 I2C引脚配置244 14.2.2 软件模拟开始信号和结束信号246 14.2.3 软件模拟检测ACK信号246 14.2.4 软件模拟产生ACK信号和NACK信号247 14.2.5 软件模拟发送一个字节数据247 14.2.6 软件模拟接收一个字节数据248 14.2.7 软件模拟I2C完整写操作248 14.2.8 软件模拟I2C完整读操作249 14.3 模拟I2C总线协议读写AT24CXX系列EEPROM实验250 14.4 I2C控制器概述254 14.4.1 I2C控制器主要特性254 14.4.2 I2C控制器结构254 14.4.3 I2C控制器主模式255 14.4.4 I2C控制器从模式256 14.4.5 I2C控制器中断257 14.5 I2C典型应用步骤及常用库函数258 14.5.1 I2C典型应用步骤258 14.5.2 常用库函数258 14.6 应用实例261 14.6.1 I2C控制器主模式测试261 14.6.2 I2C控制器从模式测试266 习题269 第15章 SPI控制器270 15.1 SPI协议270 15.1.1 SPI数据传输270 15.1.2 SPI通信的时钟极性和时钟相位271 15.1.3 4种SPI模式271 15.2 SPI控制器概述273 15.2.1 SPI控制器主要特性273 15.2.2 SPI控制器结构273 15.2.3 SPI主机配置274 15.2.4 SPI从机配置275 15.2.5 主模式的全双工发送和接收过程275 15.2.6 SPI状态标志276 15.2.7 SPI中断276 15.3 SPI典型应用步骤及常用库函数277 15.3.1 SPI典型应用步骤277 15.3.2 常用库函数277 15.4 应用实例279 习题289 第16章 外部存储控制器290 16.1 FMC概述290 16.1.1 FMC主要特性290 16.1.2 FMC结构291 16.1.3 SDRAM简介292 16.1.4 SDRAM初始化294 16.2 FMC扩展SDRAM典型应用步骤及常用库函数295 16.2.1 FMC扩展SDRAM典型应用步骤295 16.2.2 常用库函数296 16.3 应用实例299 习题302 第17章 LCD控制器303 17.1 液晶显示技术及液晶显示器控制原理303 17.1.1 液晶显示技术303 17.1.2 液晶显示器控制原理304 17.2 LTDC控制