嵌入式技術(shù)及應(yīng)用課件整本書電子教案全套教學教程課件

《嵌入式技術(shù)及應(yīng)用》“教學做一體化”課程學習內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)概述1STM32嵌入式C語言編程特點2STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識3實踐項目1——點亮LED燈4實踐項目2——按鍵檢測5實踐項目3——LCD12864顯示6實踐項目4——中斷按鍵7實踐項目5——SysTick實現(xiàn)精確延時8階段項目——狀態(tài)機編程實現(xiàn)按鍵長按短按操作9實踐項目6——USART實現(xiàn)計算機控制LED燈10實踐項目7——ADC數(shù)據(jù)采集11實踐項目8——利用DMA實現(xiàn)多路ADC數(shù)據(jù)采集12實踐項目9——TIM定時器的PWM控制LED亮度13實踐項目10——LCD彩屏顯示模擬時鐘14實踐項目11——μC/OS-III操作系統(tǒng)15綜合項目——溫濕度測量儀設(shè)計16第1章嵌入式系統(tǒng)概述第1章

嵌入式系統(tǒng)概述學習目標 理解單片機、嵌入式系統(tǒng)的基本概念，了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展過程及其特點。 掌握精簡指令集與復(fù)雜指令集的基本概念，理解指令集對性能的影響。 掌握普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的概念，理解結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能的影響。 了解ARM公司及其商業(yè)模式，了解ARM的產(chǎn)品體系，重點理解Cortex-M核心的微處理器系列及其特點。 掌握STM32處理器的資源分布、特點和選型。第1章

嵌入式系統(tǒng)概述任務(wù)描述通過學習基本概念，了解嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和指令集，理解結(jié)構(gòu)和指令集對嵌入式系統(tǒng)性能的影響。學會STM32處理器的選型。第1章

嵌入式系統(tǒng)概述1.1從單片機到嵌入式系統(tǒng)1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機1.3普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)1.4ARM公司及其微處理器1.5STM32F103系列微控制器1.1從單片機到嵌入式系統(tǒng)單片機、嵌入式都是耳熟能詳?shù)拿~，到底什么是單片機？什么是嵌入式呢？1.1從單片機到嵌入式系統(tǒng)1.1.1單片機系統(tǒng)1.1.2嵌入式系統(tǒng)1.1.1單片機系統(tǒng)單片機（Single-ChipMicrocomputer）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機1.1.1單片機系統(tǒng)單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。相對功能比較強大的個人計算機（PC），單片機的運算能力是有限的，但是單片機憑借體積小、功耗低、質(zhì)量輕、價格便宜等特點，已經(jīng)滲透到日常生產(chǎn)生活的方方面面，在工業(yè)控制、國防技術(shù)、智能儀表、通訊設(shè)備、導航系統(tǒng)、家用電器、消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。1.1.1單片機系統(tǒng)從二十世紀九十年代開始，單片機技術(shù)就已經(jīng)發(fā)展起來，隨著時代的進步與科技的發(fā)展，目前該技術(shù)的實踐應(yīng)用日漸成熟，單片機被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，人們越來越重視單片機在智能電子技術(shù)方面的開發(fā)和應(yīng)用，單片機的發(fā)展進入到新的時期，無論是自動測量還是智能儀表的實踐，都能看到單片機技術(shù)的身影。當前工業(yè)發(fā)展進程中，電子行業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)，工業(yè)生產(chǎn)中人們將電子信息技術(shù)成功運用，讓電子信息技術(shù)與單片機技術(shù)相融合，有效提高了單片機應(yīng)用效果。作為計算機技術(shù)中的一個分支，單片機技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用，豐富了電子產(chǎn)品的功能，也為智能化電子設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用提供了新的出路，實現(xiàn)了智能化電子設(shè)備的創(chuàng)新與發(fā)展1.1.1單片機系統(tǒng)隨著電子產(chǎn)品人機交互界面彩屏化、觸摸化以及通訊網(wǎng)絡(luò)化的趨勢，運算能力有限的8位乃至16位單片機已經(jīng)越來越不能滿足需求，具有較強運算能力的32位嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢日益突顯。1.1.2嵌入式系統(tǒng)1．什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)（Embeddedsystem）是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求(功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等)靈活裁剪軟硬件模塊的專用計算機系統(tǒng)。1.1.2嵌入式系統(tǒng)1．什么是嵌入式系統(tǒng)要點概括為：（1）以應(yīng)用為中心（2）專用性（3）以現(xiàn)代計算機技術(shù)為核心（4）軟硬件可裁剪1.1.2嵌入式系統(tǒng)2．嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展1971年11月，算術(shù)運算器和控制器電路成功的被集成在一起，推出了第一款微處理器20世紀80年代，隨著微電子工藝水平的提高，集成電路制造商開始把嵌入式計算機應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、串行接口，以及RAM、ROM等部件全部集成到一個VLSI中，從而制造出面向I/O設(shè)計的微控制器，即俗稱的單片機1.1.2嵌入式系統(tǒng)2．嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：第一階段：嵌入技術(shù)的早期階段。嵌入式系統(tǒng)以功能簡單的專用計算機或單片機為核心的可編程控制器形式存在，具有監(jiān)測、伺服、設(shè)備指示等功能。第二階段：以高端嵌入式CPU和嵌入式操作系統(tǒng)為標志。這一階段系統(tǒng)的主要特點是計算機硬件出現(xiàn)了高可靠、低功耗的嵌入式CPU，且支持操作系統(tǒng)，支持復(fù)雜應(yīng)用程序的開發(fā)和運行。第三階段：以芯片技術(shù)和Internet技術(shù)為標志。微電子技術(shù)發(fā)展迅速，SOC(片上系統(tǒng))使嵌入式系統(tǒng)越來越小，功能卻越來越強。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發(fā)展及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式技術(shù)正在進入快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時期。1.1.2嵌入式系統(tǒng)3．嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件必須根據(jù)具體的應(yīng)用任務(wù)，以功耗、成本、體積、可靠性、處理能力等為指標來進行選擇。嵌入式系統(tǒng)的核心是系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，由于存儲空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，且對實時性有嚴格要求。從構(gòu)成上看，嵌入式系統(tǒng)是集軟硬件于一體的、可獨立工作的計算機系統(tǒng)；從外觀上看，嵌入式系統(tǒng)像是一個“可編程”的電子“器件”；從功能上看，它是對目標系統(tǒng)(宿主對象)進行控制，使其智能化的控制器。1.1.2嵌入式系統(tǒng)4．嵌入式系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的關(guān)系圖1-1嵌入式系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機精簡指令集計算機（RISC：ReducedInstructionSetComputing）復(fù)雜指令集計算機（CISC：ComplexInstructionSetComputing）1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機精簡指令集計算機（RISC：ReducedInstructionSetComputing）復(fù)雜指令集計算機（CISC：ComplexInstructionSetComputing）計算機處理器包含有實現(xiàn)各種功能的指令或微指令，指令集越豐富，為微處理器編寫程序就越容易，但是豐富的微指令集會影響其性能。1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機復(fù)雜指令集計算機（CISC）體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略是使用大量的指令，包括復(fù)雜指令。在CISC中進行程序設(shè)計要比在其他設(shè)計中容易，因為每一項簡單或復(fù)雜的任務(wù)都有一條對應(yīng)的指令。程序設(shè)計者不需要寫一大堆指令去完成一項復(fù)雜的任務(wù)。指令集的復(fù)雜性使得CPU和控制單元的電路非常復(fù)雜。帶來的副作用是價格和功耗較高。典型的CISC處理器包括Intel的X86架構(gòu)處理器以及8051單片機。1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20%的指令會被反復(fù)使用，占整個程序代碼的80%。而余下的80%的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計中只占20%。CISC處理器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)只是為了使用率不高的復(fù)雜運算指令服務(wù)，這顯然是不劃算的，于是RISC處理器應(yīng)運而生。1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機RISC的指令系統(tǒng)相對簡單，它只要求硬件執(zhí)行很有限且最常用的那部分指令，大部分復(fù)雜的操作則使用成熟的編譯技術(shù)，由簡單指令合成。目前在中高檔服務(wù)器中普遍采用這一指令系統(tǒng)的CPU，特別是高檔服務(wù)器全都采用RISC指令系統(tǒng)的CPU。采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Sparc。1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機RISC設(shè)計方案是根據(jù)JohnCocke在IBM所做的工作形成的。JohnCocke發(fā)現(xiàn)大約20%的計算機指令完成大約80%的工作。因此，基于RISC的系統(tǒng)通常比CISC系統(tǒng)速度快。它的80/20規(guī)則促進了RISC體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展。RISC把主要精力放在放在那些常用的指令上，盡量使它們簡單高效。對不常用的復(fù)雜運算，通常采用指令組合來完成，因此在RISC處理器中進行復(fù)雜運算時效率可能較低，但是可以利用流水線技術(shù)加以彌補。1.2精簡指令集計算機與復(fù)雜指令集計算機從硬件角度看，CISC處理的是不等長指令，它必須對不等長指令進行分割，在執(zhí)行單一指令的時候，需要進行較多的處理工作；而RISC執(zhí)行的是等長指令集，CPU在執(zhí)行指令的時候速度較快且性能穩(wěn)定，在并行處理方面，RISC明顯優(yōu)于CISC，RISC可同時執(zhí)行多條指令，將一條指令分割成若干個進程或線程，交由多個處理器同時執(zhí)行。由于RISC執(zhí)行的是精簡指令集，對應(yīng)的處理器硬件結(jié)構(gòu)相對而言復(fù)雜度不高，所以它的制造工藝簡單且成本相對低廉。1.3普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)1.3.1普林斯頓結(jié)構(gòu)1.3.2哈佛結(jié)構(gòu)1.3.1普林斯頓結(jié)構(gòu)圖1-2普林斯頓結(jié)構(gòu)示意圖普林斯頓結(jié)構(gòu)也稱馮·諾依曼結(jié)構(gòu)三個基本原則，即采用二進制邏輯、程序存儲執(zhí)行以及計算機由五個部分組成（運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備），這套理論被稱為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。1.3.1普林斯頓結(jié)構(gòu)圖1-2普林斯頓結(jié)構(gòu)示意圖1．普林斯頓結(jié)構(gòu)的特點（1）單處理機結(jié)構(gòu)，機器以運算器為中心；（2）采用程序存儲思想；（3）指令和數(shù)據(jù)一樣可以參與運算；（4）數(shù)據(jù)以二進制表示；（5）將軟件和硬件完全分離；（6）指令由操作碼和操作數(shù)組成；（7）指令順序執(zhí)行。1.3.1普林斯頓結(jié)構(gòu)圖1-2普林斯頓結(jié)構(gòu)示意圖2．普林斯頓結(jié)構(gòu)的局限（1）指令和數(shù)據(jù)存儲在同一個存儲器中，形成系統(tǒng)對存儲器的過分依賴。（2）指令在存儲器中按其執(zhí)行順序存放，由指令計數(shù)器PC指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址。然后取出指令執(zhí)行操作任務(wù)。所以指令的執(zhí)行是串行。影響了系統(tǒng)執(zhí)行的速度。（3）存儲器是按地址訪問的線性編址，按順序排列的地址訪問，利于存儲和執(zhí)行的機器語言指令，適用于作數(shù)值計算。但是高級語言表示的存儲器則是一組有名字的變量，按名字調(diào)用變量，不按地址訪問。機器語言同高級語言在語義上存在很大的間隔，稱之為馮·諾依曼語義間隔。消除語義間隔成了計算機發(fā)展面臨的一大難題。（4）馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機是為算術(shù)和邏輯運算而誕生的，目前在數(shù)值處理方面已經(jīng)到達較高的速度和精度，而非數(shù)值處理應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展緩慢，需要在體系結(jié)構(gòu)方面有重大的突破。（5）傳統(tǒng)的馮·諾依曼型結(jié)構(gòu)屬于控制驅(qū)動方式。它是執(zhí)行指令代碼對數(shù)值代碼進行處理，只要指令明確，輸入數(shù)據(jù)準確，啟動程序后自動運行而且結(jié)果是預(yù)期的。一旦指令和數(shù)據(jù)有錯誤，機器不會主動修改指令并完善程序。而人類生活中有許多信息是模糊的，事件的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)果是不能預(yù)期的，現(xiàn)代計算機的智能是無法應(yīng)對如此復(fù)雜任務(wù)的。1.3.2哈佛結(jié)構(gòu)圖1-2普林斯頓結(jié)構(gòu)示意圖哈佛結(jié)構(gòu)的計算機分為三大部件：（1）CPU；（2）程序存儲器；（3）數(shù)據(jù)存儲器它的特點是將程序指令和數(shù)據(jù)分開存儲，由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器采用不同的總線，因而較大的提高了存儲器的帶寬，使之數(shù)字信號處理性能更加優(yōu)越。圖1-3哈佛結(jié)構(gòu)示意圖1.3.2哈佛結(jié)構(gòu)圖1-2普林斯頓結(jié)構(gòu)示意圖高性能處理器的發(fā)展趨勢是在芯片內(nèi)部使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較高的哈佛結(jié)構(gòu)，在芯片外部使用結(jié)構(gòu)簡單的普林斯頓結(jié)構(gòu)。本書使用的STM32微控制器使用了ARM公司的Cortex-M3內(nèi)核，是一款采用哈佛結(jié)構(gòu)的RISC處理器。圖1-3哈佛結(jié)構(gòu)示意圖1.4ARM公司及其微處理器1.4.1ARM公司簡介1.4.2ARM的產(chǎn)品體系1.4.3ARMCortex-M系列處理器1.4.1ARM公司簡介1978年12月，劍橋處理器（CambridgeProcessorUnit）公司在英國劍橋創(chuàng)辦，公司的創(chuàng)始人是一個名叫HermannHauser的奧地利籍物理學博士，還有他的朋友，一個名叫ChrisCurry的英國工程師。主要從事電子設(shè)備設(shè)計和制造的業(yè)務(wù)。1979年合并其他公司后改名AcornComputerLtd。1.4.1ARM公司簡介1981年，公司迎來了一個難得的機遇——英國廣播公司BBC打算在整個英國播放一套提高電腦普及水平的節(jié)目，他們希望Acorn能生產(chǎn)一款與之配套的電腦。Acorn公司贏得了“BBCMicro”生產(chǎn)的合同。產(chǎn)品推向市場后取得了意想不到的成功，預(yù)計銷售1.2萬臺，結(jié)果卻賣出了150萬臺，Acorn初戰(zhàn)告捷。1.4.1ARM公司簡介1982年，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位處理器芯片，但是發(fā)現(xiàn)這種芯片太慢也太貴，轉(zhuǎn)而向Intel公司索要80286處理器芯片的設(shè)計資料卻遭到拒絕，于是被迫開始自行研發(fā)。1985年，Acorn設(shè)計了自己的第一代32位、主頻6MHz的RISC處理器ARM1，簡稱ARM（AcornRISCMachine）。在ARM1之后，Acorn陸續(xù)推出了好幾個系列，例如ARM2，ARM3。1.4.1ARM公司簡介1990年，Acorn為了和蘋果合作，專門成立了一家公司，名叫ARM(AdvancedRISCMachines)。ARM是一家合資公司，蘋果投了150萬英鎊，芯片廠商VLSI投了25萬英鎊，Acorn本身則以150萬英鎊的知識產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。蘋果公司使用ARM610芯片作為AppleNewtonPDA的CPU。1.4.1ARM公司簡介ARM決定改變他們的產(chǎn)品策略——他們不再生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)而以授權(quán)的方式，將芯片設(shè)計方案轉(zhuǎn)讓給其他公司，即“Partnership”開放模式。ARM所采取的是IP（IntellectualProperty，知識產(chǎn)權(quán)）授權(quán)的商業(yè)模式，收取一次性技術(shù)授權(quán)費用和版稅提成。1.4.1ARM公司簡介具體來說，ARM有三種授權(quán)方式：處理器、POP以及架構(gòu)授權(quán)。圖1-4ARM公司的商業(yè)運行模式1.4.1ARM公司簡介1998年4月17日，業(yè)務(wù)飛速發(fā)展的ARM控股公司，同時在倫敦證交所和納斯達克上市。在ARM公司上市之后，處于后喬布斯時代的蘋果公司，逐步賣掉了所持有的ARM股票，把資金投入到ipod產(chǎn)品的開發(fā)上。鑒于蘋果研究人員對ARM芯片架構(gòu)非常熟悉，ipod也繼續(xù)使用了ARM芯片。1.4.1ARM公司簡介2007年，真正的劃時代產(chǎn)品iPhone的出現(xiàn)，徹底顛覆了移動電話的設(shè)計，開啟了全新的時代。第一代iPhone，使用了ARM設(shè)計、三星制造的芯片。iphone的熱銷，AppStore的迅速崛起，讓全球移動應(yīng)用徹底綁定在ARM指令集上。緊接著，2008年，谷歌推出了Android（安卓）系統(tǒng)，也是基于ARM指令集。至此，智能手機進入了飛速發(fā)展階段，ARM也因此奠定了在智能手機市場的霸主地位。同年，ARM芯片的出貨量達到了一百億顆。1.4.1ARM公司簡介2011年，微軟也宣布Windows8平臺將支持ARM架構(gòu)。2010年6月，蘋果公司向ARM董事會表示有意以85億美元的價格收購ARM公司，但遭到ARM董事會的拒絕。2016年7月18日，曾經(jīng)投資阿里巴巴的韓裔日本商人孫正義和他的日本軟銀集團，以243億英鎊（約309億美元）收購了ARM集團。至此，ARM成為軟銀集團旗下的全資子公司。不過，軟銀集團表示，不會干預(yù)或影響ARM未來的商業(yè)計劃和決策。1.4.2ARM的產(chǎn)品體系A(chǔ)RM處理器發(fā)展到現(xiàn)在，其內(nèi)核架構(gòu)從ARMv1發(fā)展到ARMv8。體系架構(gòu)處理器家族ARMv1ARM1ARMv2ARM2、ARM3ARMv3ARM6、ARM600、ARM610、ARM7、ARM700、ARM710ARMv4StrongARM、ARM8、ARM810、ARM7-TDMI、ARM9-TDMIARMv5ARM7EJ、ARM9E、ARM10E、XScaleARMv6ARM11表1-1ARMv7前的產(chǎn)品對應(yīng)體系架構(gòu)1.4.2ARM的產(chǎn)品體系A(chǔ)RM11芯片之后，也就是從ARMv7架構(gòu)開始，ARM的命名方式有所改變,不在沿用過去的數(shù)字命名方式在新的處理器家族，以Cortex命名，并分為Cortex-A，Cortex-R和Cortex-M三個系列。1.4.2ARM的產(chǎn)品體系（1）Cortex-A系列（A：Application）針對日益增長的消費娛樂和無線產(chǎn)品設(shè)計，用于具有高計算要求、運行豐富操作系統(tǒng)及提供交互媒體和圖形體驗的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能手機、平板電腦、汽車娛樂系統(tǒng)、數(shù)字電視等。圖1-5ARM公司部分Cortex-A系列內(nèi)核

1.4.2ARM的產(chǎn)品體系（2）Cortex-R系列（R：Real-time）針對需要運行實時操作的系統(tǒng)應(yīng)用，面向如汽車制動系統(tǒng)、動力傳動解決方案、大容量存儲控制器等深層嵌入式實時應(yīng)用。圖1-6ARM公司部分Cortex-R系列內(nèi)核

1.4.2ARM的產(chǎn)品體系（3）Cortex-M系列（M：Microcontroller）該系列面向微控制器領(lǐng)域，主要針對成本和功耗敏感的應(yīng)用，如智能測量、人機接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、家用電器、消費性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等。圖1-7ARM公司部分Cortex-M系列內(nèi)核1.4.3ARMCortex-M系列處理器圖1-8Cortex-M系列內(nèi)核的進化1.4.3ARMCortex-M系列處理器發(fā)布時間內(nèi)核名稱應(yīng)用面向及主要特點2004年10月Cortex-M3針對低功耗微控制器設(shè)計的處理器，面積小但是性能強勁，支持處理器快速處理復(fù)雜任務(wù)的豐富指令集。具有硬件除法器和乘加指令（MAC），并且，M3支持全面的調(diào)試和跟蹤功能，使軟件開發(fā)更加高效。2007年3月Cortex-M1面向現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）中應(yīng)用設(shè)計實現(xiàn)的ARM處理器，利用FPGA上的存儲器塊實現(xiàn)了緊耦合內(nèi)存（TCM）和Cortex-M0有相同的指令集。2009年2月Cortex-M0面向低成本，超低功耗的微控制器和深度嵌入應(yīng)用的非常小的處理器（最小12K

門的面積），采用普林斯頓結(jié)構(gòu)2010年2月Cortex-M4在M3內(nèi)核基礎(chǔ)上增加了單精度浮點運算、數(shù)字信號處理（DSP）等功能，以滿足數(shù)字信號控制市場的需求2012年3月Cortex-M0+針對小型嵌入式系統(tǒng)的最高能效的處理器，與Cortex-M0處理器接近的尺寸大小和編程模式，但是具有擴展功能，如單周期I/O接口和向量表重定位功能。2014年9月Cortex-M7針對高端微控制和數(shù)據(jù)處理密集的應(yīng)用開發(fā)的高性能處理器。在M4內(nèi)核的基礎(chǔ)上進一步提升計算性能和數(shù)字信號處理能力。支持雙精度浮點運算，具備擴展的存儲器功能。2016年Cortex-M23面向超低功耗，低成本應(yīng)用設(shè)計的小尺寸處理器，和Cortex-M0相似，但是支持各種增強的指令集和系統(tǒng)層面的功能特性。增加了安全技術(shù)TrustZone。Cortex-M33主流的處理器設(shè)計，與M3、M4類似，但系統(tǒng)設(shè)計更加靈活。因采用全新架構(gòu)ARMv8架構(gòu)，能效比更高效，性能更高

。增加了安全技術(shù)TrustZone，Cortex-M33性能相較M4提升了20%，而能效方面保持一致。另外與Cortex-A5比較，其體積要小80%。表1-2Cortex-M內(nèi)核處理器家族1.5STM32F103系列微控制器Cortex-M3處理器內(nèi)核是單片機的中央處理單元（CPU）。在芯片制造商得到CM3處理器內(nèi)核的使用授權(quán)后，它們就可以把CM3內(nèi)核用在自己的硅片設(shè)計中，添加存儲器、外設(shè)、I/O以及其它功能塊。不同廠家設(shè)計出的單片機會有不同的配置，包括存儲器容量、類型、外設(shè)等都各具特色。如果想要了解某個具體型號的處理器，還需查閱相關(guān)廠家提供的文檔。1.5STM32F103系列微控制器圖1-9基于CM3核的處理器簡圖1.5STM32F103系列微控制器1．STM32F10x系列微控制器圖1-10STM32F10x系列微控制器資源分布圖1.5STM32F103系列微控制器1．STM32F10x系列微控制器（1）STM32F100為“超值型”，主頻最高達到24MHz，具有電機控制和消費電子控制（CEC：ConsumerElectronicsControl）功能。（2）STM32F101為“基本型”，主頻最高達到36MHz，具有高達1MB的閃存。（3）STM32F102為“USB基本型”，主頻最高達到48MHz，具有全速（FS：FullSpeed）USB接口。（4）STM32F105/107為“互聯(lián)型”，主頻最高達到72MHz，具有以太網(wǎng)MAC層協(xié)議接口、CAN總線接口和USB2.0OTG接口。（5）STM32F103為“增強型”，主頻最高達到72MHz，是同類產(chǎn)品中接口最完備、性能最強的。STM32F103系列微控制器最多擁有1MB閃存（FLASH）存儲空間和96KB內(nèi)存，具有GPIO、通用定時器、RTC、ADC、USART、SPI等傳統(tǒng)外設(shè)，以及高級定時器、USB、SDIO、FSMC、DMA、DAC等增強型外設(shè)。1.5STM32F103系列微控制器2．增強型STM32F103系列微控制器1.5STM32F103系列微控制器2．增強型STM32F103系列微控制器命名規(guī)則1.5STM32F103系列微控制器2．增強型STM32F103系列微控制器利用官網(wǎng)（）的在線選型工具進行。第1章嵌入式系統(tǒng)概述小結(jié) 理解單片機、嵌入式系統(tǒng)的基本概念，了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展過程及其特點。掌握精簡指令集與復(fù)雜指令集的基本概念，理解指令集對性能的影響。掌握普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的概念，理解結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能的影響。了解ARM公司及其商業(yè)模式，了解ARM的產(chǎn)品體系，重點理解Cortex-M核心的微處理器系列及其特點。掌握STM32處理器的資源分布、特點和選型。謝謝！微信E-mail:XS_CHEN@126.com《嵌入式技術(shù)及應(yīng)用》“教學做一體化”課程學習內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)概述1STM32嵌入式C語言編程特點2STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識3實踐項目1——點亮LED燈4實踐項目2——按鍵檢測5實踐項目3——LCD12864顯示6實踐項目4——中斷按鍵7實踐項目5——SysTick實現(xiàn)精確延時8階段項目——狀態(tài)機編程實現(xiàn)按鍵長按短按操作9實踐項目6——USART實現(xiàn)計算機控制LED燈10實踐項目7——ADC數(shù)據(jù)采集11實踐項目8——利用DMA實現(xiàn)多路ADC數(shù)據(jù)采集12實踐項目9——TIM定時器的PWM控制LED亮度13實踐項目10——LCD彩屏顯示模擬時鐘14實踐項目11——μC/OS-III操作系統(tǒng)15綜合項目——溫濕度測量儀設(shè)計16第2章STM32嵌入式C語言編程特點第2章STM32嵌入式C語言編程特點學習目標 掌握宏指令的使用。 掌握STM32嵌入式C語言編程的常用關(guān)鍵字的使用。 掌握結(jié)構(gòu)體和枚舉類型的定義，理解數(shù)據(jù)類型的含義，了解枚舉類型和結(jié)構(gòu)體指針定義和作用。 掌握C語言編程的常用的代碼風格。第2章STM32嵌入式C語言編程特點任務(wù)描述通過學習STM32嵌入式C語言編程特點，掌握嵌入式編程過程中常使用的關(guān)鍵詞的含義，為后續(xù)章節(jié)學習以及標準庫編程學習掃清障礙。理解數(shù)據(jù)類型的含義，學會宏指令、結(jié)構(gòu)體、枚舉在編程中的應(yīng)用。第2章STM32嵌入式C語言編程特點2.1宏指令的使用及其意義2.2STM32嵌入式C語言編程中幾個重要的關(guān)鍵字2.3STM32嵌入式C語言編程的基本數(shù)據(jù)類型2.4結(jié)構(gòu)體與指針2.5枚舉2.6C語言編程的代碼格式2.1宏指令的使用及其意義現(xiàn)在多數(shù)微控制器編程都支持C語言，正確使用C語言里的宏指令可以提高代碼的移植性，可讀性，便捷性，也可以使程序結(jié)構(gòu)更加合理，提高程序的可讀性。2.1宏指令的使用及其意義源程序編譯預(yù)處理編譯目標文件2.1宏指令的使用及其意義宏指令是以#號開頭的代碼行，#號必須是該行除了任何空白字符外的第一個字符。#后是指令關(guān)鍵字，在關(guān)鍵字和#號之間允許存在任意個數(shù)的空白字符，整行語句構(gòu)成了一條預(yù)處理指令，該指令將在編譯器進行編譯之前對源代碼做某些轉(zhuǎn)換。2.1宏指令的使用及其意義2.1宏指令的使用及其意義（1）#include命令#include命令叫文件包含命令。編譯器發(fā)現(xiàn)#include命令后，就會尋找指令后面的文件名，并把這個文件的內(nèi)容包含到當前文件中。被包含的文件中的文本將替換源代碼文件中的#include命令，就像把被包含文件中的全部內(nèi)容拷貝到源文件中的#include命令所在的位置一樣。#include命令有兩種格式：#include"文件名"#include<文件名>2.1宏指令的使用及其意義2.1宏指令的使用及其意義（2）#define命令C語言中允許用一個標識符來表示一個字符串，稱為宏定義。宏定義的格式如下：#define標識符（宏名）字符串被定義為“宏”的標識符稱為“宏名”。在編譯預(yù)處理時，對代碼中出現(xiàn)的所有“宏名”，都會用宏定義的字符串去代替，稱之為“宏代換”或“宏展開”。2.1宏指令的使用及其意義2.1宏指令的使用及其意義在嵌入式C語言中，宏定義除了用于常量和變量外，還經(jīng)常用于函數(shù)，即用明確的單詞來表示一個特定的動作。例如，下面的兩個宏定義：#defineD3_G_ONGPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)#defineD3_G_OFFGPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)2.1宏指令的使用及其意義（3）#ifndef和#endif命令所有的標準外設(shè)庫的外設(shè)驅(qū)動的頭文件中都使用#include包含了“stm32f10x.h”文件，如果編程時用到了多個外設(shè)庫，那么必須將對應(yīng)的外設(shè)庫頭文件都包含進源程序中。但是C語言編譯器是不允許重復(fù)包含同一文件的，為了避免這種情況，在每個外設(shè)驅(qū)動頭文件的開始位置都會添加宏指令#ifndef和#define，在結(jié)束位置處加宏指令#endif。2.1宏指令的使用及其意義注意：為了避免重復(fù)包含，建議在所有頭文件中都采用這種頭文件結(jié)構(gòu)。2.1宏指令的使用及其意義（4）#if…#else…#endif命令這也是一種條件編譯語句。有些程序在調(diào)試、兼容性、平臺移植等情況下可能想要通過簡單地設(shè)置一些參數(shù)就生成一個不同的軟件，這當然可以通過變量設(shè)置，把所有可能用到的代碼都寫進去，在初始化時配置，但在不同的情況下可能只用到一部分代碼，就沒必要把所有的代碼都寫進去，就可以用條件編譯，通過預(yù)編譯指令設(shè)置編譯條件，在不同的需要時編譯不同的代碼。2.1宏指令的使用及其意義2.2STM32嵌入式C語言編程中幾個重要的關(guān)鍵字（1）typedef關(guān)鍵字typedef的作用是為一種已知數(shù)據(jù)類型定義別名，這里的數(shù)據(jù)類型包括系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)類型（如int、char）和用戶自定義數(shù)據(jù)類型。在編程中，使用typedef的目的主要有兩個，一個是為已知數(shù)據(jù)類型取一個方便記憶且意義明確的新名稱，一個是簡化一些復(fù)雜的類型聲明。2.2STM32嵌入式C語言編程中幾個重要的關(guān)鍵字2.2STM32嵌入式C語言編程中幾個重要的關(guān)鍵字如代碼清單2-5，第3至第12行，實際上有兩個功能，首先定義一個名為structGPIO_Type結(jié)構(gòu)體，然后用typedef定義結(jié)構(gòu)體類型GPIO_TypeDef。定義該結(jié)構(gòu)體變量的操作如下：structGPIO_TypeGPIOa;GPIO_TypeDef

GPIOa;這里，GPIO_TypeDef相當于structGPIO_Type，兩者的作用相同，都是定義了結(jié)構(gòu)體變量GPIOa。2.2STM32嵌入式C語言編程中幾個重要的關(guān)鍵字（2）volatile關(guān)鍵字volatile也稱為易失性，它會影響到編譯器的編譯結(jié)果，其作用是通知編譯器被volatile修飾的變量是隨時可能發(fā)生變化的。與volatile變量有關(guān)的運算不要進行優(yōu)化以免出錯。關(guān)鍵字volatile修飾的變量包括指向硬件寄存器（如狀態(tài)寄存器）的變量、可能會被中斷服務(wù)子程序改寫的變量、多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量等。2.2STM32嵌入式C語言編程中幾個重要的關(guān)鍵字（3）const在定義變量的時候，如果加上關(guān)鍵字const，則變量值在程序運行期間不能改變，當然也不能再賦值了。這種變量稱為常變量（constantvariable）或只讀變量（readonlyvariable）。const和變量類型可以互換位置，二者是等價的。編譯器在遇到const關(guān)鍵字時，一般會將其修飾的常變量放置于程序存儲器中。2.3STM32嵌入式C語言編程的基本數(shù)據(jù)類型什么是數(shù)據(jù)類型？2.3STM32嵌入式C語言編程的基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型包括兩方面的定義一是Keil-MDK-ARMC語言編譯器的數(shù)據(jù)類型二是STM32標準外設(shè)庫規(guī)定的數(shù)據(jù)類型。2.3STM32嵌入式C語言編程的基本數(shù)據(jù)類型2.3STM32嵌入式C語言編程的基本數(shù)據(jù)類型2.4結(jié)構(gòu)體與指針結(jié)構(gòu)體是一個可以包含不同數(shù)據(jù)類型成員的集合體，它是一種可以自己定義的數(shù)據(jù)類型。定義結(jié)構(gòu)體時應(yīng)力爭使結(jié)構(gòu)體只代表一種現(xiàn)實事物的抽象，而不應(yīng)同時代表多種。結(jié)構(gòu)體中的各成員應(yīng)代表同一事物的不同側(cè)面，而不應(yīng)把描述沒有關(guān)系或關(guān)系很弱的不同事物的成員放到同一結(jié)構(gòu)體中。2.4結(jié)構(gòu)體與指針相同結(jié)構(gòu)體類型的結(jié)構(gòu)體變量之間是可以相互賦值的，結(jié)構(gòu)體變量可以作為函數(shù)的參數(shù)，也可以作為函數(shù)的返回值。結(jié)構(gòu)體指針是一個結(jié)構(gòu)體變量在內(nèi)存中的地址，使用指針而不是直接使用變量，往往會帶來數(shù)據(jù)傳遞效率上的提升和靈活。2.4結(jié)構(gòu)體與指針2.4結(jié)構(gòu)體與指針將一個結(jié)構(gòu)體變量作為函數(shù)的參數(shù)有兩種方法：第一種是將結(jié)構(gòu)體變量直接作為函數(shù)參數(shù)，程序直觀易懂，但效率不是太高；第二種是將指向結(jié)構(gòu)體變量的指針作為函數(shù)參數(shù)，這種方法開銷較小，效率較高。在STM32標準外設(shè)庫中就是采用第二種方法，例如：voidGPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct)2.4結(jié)構(gòu)體與指針這里的GPIO_InitStruct是結(jié)構(gòu)體指針，而前面提到的GPIO_InitStructure是結(jié)構(gòu)體變量，在對結(jié)構(gòu)體成員操作時，要注意符號“->”和“.”的不同。例如，對結(jié)構(gòu)體指針GPIO_InitStruct中的成員賦值時，要寫成：GPIO_InitStruct->GPIO_MODE=GPIO_Mode_Out_PP;2.5枚舉2.5枚舉枚舉類型其實是整型常量的列表，在枚舉定義時，可以分別為每個元素指定常量值（必須不同），也可以指定部分元素，在編譯器編譯程序時，會給枚舉類型的每個元素一個整型常量值。沒有指定的元素的值在前一個成員值的基礎(chǔ)上加一。例如，代碼清單2-10中，第一個枚舉元素的值指定為整型的1，后續(xù)枚舉元素的值在前一個元素的值基礎(chǔ)上加1，也可以人為設(shè)定枚舉成員的值，后續(xù)枚舉成員的值仍然是遞加的關(guān)系。如果所有元素都沒有指定值，則整型常量值從0開始依次遞增1。2.5枚舉2.6C語言編程的代碼格式“具有良好的編程風格和編程習慣”是很多企業(yè)在招聘軟件工程師時很看重的一個要求，代碼的清晰、簡潔以及風格的統(tǒng)一可以使代碼易于實現(xiàn)、方便維護并保證團隊合作的順暢。C語言是一個書寫格式比較隨意的編程語言，但是隨意不等于隨便，在業(yè)界和很多企業(yè)內(nèi)部對C語言編程是有著比較嚴格的約定或者規(guī)范的。2.6C語言編程的代碼格式C語言編程的代碼格式和命名規(guī)范（1）程序塊要采用縮進風格，縮進的空格數(shù)為4個。函數(shù)或過程的開始、結(jié)構(gòu)的定義及循環(huán)、判斷等語句中的代碼都要采用縮進風格，case語句下的處理語句也要遵循語句縮進要求。（2）相對獨立的程序塊之間、變量說明之后必須加空行。2.6C語言編程的代碼格式C語言編程的代碼格式和命名規(guī)范（3）一行程序以小于80個字符為宜，不要寫得過長。較長的語句（大于80個字符）要分成多行書寫；長表達式要在低優(yōu)先級操作符處劃分斷行，操作符放在新行之首，劃分出的新行進行適當?shù)目s進，使排版整齊、語句可讀。（4）不允許把多個短語句寫在一行中，即一行只寫一個語句。這樣的代碼容易閱讀，并且便于寫注釋。2.6C語言編程的代碼格式C語言編程的代碼格式和命名規(guī)范（5）if、for、do、while、case、switch、default等關(guān)鍵字自占一行，且if、for、do、while等語句的執(zhí)行語句部分無論多少行都要加大括號{}。（6）程序塊的分界符（大括號“{”和“}”）應(yīng)獨占一行且位于同一列，同時與引用它們的語句左對齊。2.6C語言編程的代碼格式C語言編程的代碼格式和命名規(guī)范（7）變量和函數(shù)的命名要清晰明了，有明確的含義，盡量使用完整的單詞和短語，單詞和短語最好“見名知意”。如果命名中包含多個單詞，可以在單詞間采用下劃線連接，但下劃線的數(shù)量不宜超過兩個。（8）對于變量命名，禁止用單個字符（如i、j、k等），建議除了要有具體含義外，還要表明其變量類型、數(shù)據(jù)類型，但i、j、k作局部變量是允許的。2.6C語言編程的代碼格式C語言編程的代碼格式和命名規(guī)范（9）變量的命名建議使用全小寫字母，函數(shù)的命名建議關(guān)鍵字的首字母使用大寫字母，宏定義的命名則全大寫字母。（10）注意運算符的優(yōu)先級，建議使用擴號來明確表達式的操作順序，避免使用默認的優(yōu)先級，以防止因默認的優(yōu)先級與設(shè)計思想不符而導致程序出錯。2.6C語言編程的代碼格式C語言編程的代碼格式和命名規(guī)范（11）C語言中一行注釋一般采用//…，多行注釋必須采用/*…*/。注釋通常用于重要的代碼行或段落提示。在一般情況下，源程序有效注釋量必須在20%以上。雖然注釋有助于理解代碼，但注意不可過多地使用注釋。第2章STM32嵌入式C語言編程特點小結(jié) 掌握宏指令的使用。掌握STM32嵌入式C語言編程的常用關(guān)鍵字的使用。掌握結(jié)構(gòu)體和枚舉類型的定義，理解數(shù)據(jù)類型的含義，了解枚舉類型和結(jié)構(gòu)體指針定義和作用。掌握C語言編程的常用的代碼風格。謝謝！《嵌入式技術(shù)及應(yīng)用》“教學做一體化”課程學習內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)概述1STM32嵌入式C語言編程特點2STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識3實踐項目1——點亮LED燈4實踐項目2——按鍵檢測5實踐項目3——LCD12864顯示6實踐項目4——中斷按鍵7實踐項目5——SysTick實現(xiàn)精確延時8階段項目——狀態(tài)機編程實現(xiàn)按鍵長按短按操作9實踐項目6——USART實現(xiàn)計算機控制LED燈10實踐項目7——ADC數(shù)據(jù)采集11實踐項目8——利用DMA實現(xiàn)多路ADC數(shù)據(jù)采集12實踐項目9——TIM定時器的PWM控制LED亮度13實踐項目10——LCD彩屏顯示模擬時鐘14實踐項目11——μC/OS-III操作系統(tǒng)15綜合項目——溫濕度測量儀設(shè)計16第3章

STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識第3章STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識學習目標 了解STM32標準庫的結(jié)構(gòu)體系和命名規(guī)則。 了解本書開發(fā)板板載資源分布。 掌握keilMDK-ARM安裝以及工程創(chuàng)建的步驟方法。 掌握基本調(diào)試器的設(shè)置，程序的下載。第3章STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識任務(wù)描述學習CMSIS標準軟件接口以及STM32標準外設(shè)庫的基礎(chǔ)知識，學會在MDK集成開發(fā)環(huán)境下新建工程模板，編譯并下載到配套的硬件開發(fā)平臺運行。第3章STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識3.1CMSIS與STM32標準外設(shè)庫3.2STM32嵌入式開發(fā)目標板簡介3.3仿真器3.4軟件集成開發(fā)環(huán)境3.5新建工程模板3.1.1ARMCortex微控制器軟件接口標準CMSISCMSIS(CortexMicrocontrollerSoftwareInterfaceStandard)標準，即“ARMCore微控制器軟件接口標準”。解決各個廠商片上外設(shè)差異，導致程序軟件在相同內(nèi)核、不同廠商的微處理器芯片間移植困難的問題。3.1.1ARMCortex微控制器軟件接口標準CMSISCMSIS標準是Cortex-M系列處理器與供應(yīng)商無關(guān)的硬件抽象層，使用CMSIS可以為處理器和外設(shè)實現(xiàn)一致且簡單的軟件接口，從而簡化軟件的重用和移植、縮短微控制器開發(fā)人員的學習過程、縮短產(chǎn)品和工程的研發(fā)時間。3.1.1ARMCortex微控制器軟件接口標準CMSISCMSIS可以分為多個軟件層次，分別由ARM公司和芯片廠商提供3.1.1ARMCortex微控制器軟件接口標準CMSISCMSIS的內(nèi)核外設(shè)函數(shù)包括用于訪問內(nèi)核寄存器以及內(nèi)核外設(shè)寄存器的名稱、地址定義，主要由ARM公司提供。外設(shè)寄存器和中斷向量定義層則提供了核外外設(shè)的地址和中斷定義，主要由芯片廠商提供。3.1.1ARMCortex微控制器軟件接口標準CMSISST官方庫（STM32固件庫）就是根據(jù)這套標準設(shè)計的，CMSIS共分3個基本功能層。（1）核內(nèi)外設(shè)訪問層：ARM公司提供的訪問，定義處理器內(nèi)部寄存器地址以及功能函數(shù)。（2）中間件訪問層：定義訪問中間件通用的API，由ARM公司提供。（3）外設(shè)訪問層：定義硬件寄存器的地址以及外設(shè)的訪問函數(shù)。3.1.1ARMCortex微控制器軟件接口標準CMSISCMSIS向下負責與內(nèi)核和各個外設(shè)直接打交道，向上負責提供實時操作系統(tǒng)用戶程序調(diào)用的函數(shù)接口。另外，CMSIS還對各個外設(shè)驅(qū)動文件的文件名字規(guī)范化、函數(shù)名字規(guī)范化等做了一系列規(guī)定。3.1.1ARMCortex微控制器軟件接口標準CMSISCMSIS位于微控制器外設(shè)和用戶應(yīng)用程序之間，為用戶提供與具體芯片廠商無關(guān)的統(tǒng)一的硬件驅(qū)動接口，通過對用戶屏蔽具體硬件之間的差異，方便軟件的移植。3.1.2STM32的標準外設(shè)庫為什么要用標準外設(shè)庫？3.1.2STM32的標準外設(shè)庫STM32標準外設(shè)庫也稱固件函數(shù)庫或簡稱固件庫，是一個固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。該函數(shù)庫還包括每一個外設(shè)的驅(qū)動描述和應(yīng)用實例，為開發(fā)者訪問底層硬件提供了一個中間API，通過使用固件函數(shù)庫，無需深入掌握底層硬件細節(jié)，就可以輕松應(yīng)用每一個外設(shè)。3.1.2STM32的標準外設(shè)庫3.1.2STM32的標準外設(shè)庫ST公司提供的STM32F10x標準外設(shè)庫文檔組織結(jié)構(gòu)3.1.2STM32的標準外設(shè)庫3.1.2STM32的標準外設(shè)庫一般來說，標準外設(shè)庫Libraries文件夾中的文件是不能修改的，對于標準外設(shè)庫中資源的調(diào)配和參數(shù)設(shè)置，應(yīng)該在表3-1中STM32F10x_StdPeriph_Template文件夾中所列出的文件中完成，簡要介紹如下。（1）main.c文件：推薦在此文件中定義main()函數(shù)，當然也可以添加其他應(yīng)用代碼。3.1.2STM32的標準外設(shè)庫（2）stm32f10x_conf.h文件：該文件使用#include宏命令包含了所有外設(shè)的頭文件，用戶按需注釋或取消注釋，即可完成所需要的外設(shè)頭文件的配置。需要注意的是，項目使用的外設(shè)驅(qū)動庫頭文件必須被包含，項目未使用的驅(qū)動頭文件也可以被包含，并不影響最后的編譯和運行結(jié)果，只是會占用較長的編譯時間而已。3.1.2STM32的標準外設(shè)庫（3）stm32f10x_it.c和stm32f10x_it.h文件：推薦在該文件中編寫中斷服務(wù)函數(shù)，文件中已經(jīng)定義了系統(tǒng)異常中斷服務(wù)函數(shù)的框架，內(nèi)容為空，其他外設(shè)的中斷服務(wù)函數(shù)需要用戶自己添加。需要注意的是，在STM32標準外設(shè)庫中中斷服務(wù)函數(shù)的名稱（接口）已經(jīng)規(guī)定好了，可以在相應(yīng)的啟動文件中找到。如果用戶弄錯了中斷服務(wù)函數(shù)的名稱，編譯器不會報錯，只影響運行結(jié)果。需要說明的是，在實際編程時，中斷服務(wù)函數(shù)也可以放在其他的文件中，并不是強制要求放在stm32f10x_it.c文件中。3.1.2STM32的標準外設(shè)庫（4）system_stm32f10x.c文件：該文件中定義了芯片初始化函數(shù)SystemInit()函數(shù)，用來配置系統(tǒng)的時鐘頻率，包括時鐘源、確定PLL電路的倍頻系數(shù)等。注意該文件的原始位置是在CMSIS內(nèi)核文件夾里面，我們編程時應(yīng)該盡量避免對STM32標準庫文件夾中文件的任何形式的修改，所以很多時候會將修改了默認主頻后的此文件存放在用戶應(yīng)用代碼文件夾中。3.1.3STM32的標準外設(shè)庫的命名規(guī)則標準外設(shè)庫中包含了眾多的變量定義和功能函數(shù)，掌握他們的命名規(guī)范和使用規(guī)律，可以更加靈活地使用標準外設(shè)庫，也將極大增強程序的規(guī)范性和易讀性，同時，標準外設(shè)庫的命名規(guī)范也值得我們在開發(fā)編程時借鑒。3.1.3STM32的標準外設(shè)庫的命名規(guī)則1．縮寫定義3.1.3STM32的標準外設(shè)庫的命名規(guī)則2．命名規(guī)則（1）PPP表示任意外設(shè)縮寫，全部大寫，例如：ADC。（2）源程序文件和頭文件命名都以“stm32f10x_”開頭。（3）常量僅被應(yīng)用于一個文件的，定義于該文件中；被應(yīng)用于多個文件的，在對應(yīng)頭文件中定義。所有常量都用大寫字母表示。（4）寄存器作為常量處理。他們的名稱都用大寫英文字母表示。在大多數(shù)情況下，他們與縮寫規(guī)范一致。3.1.3STM32的標準外設(shè)庫的命名規(guī)則2．命名規(guī)則（5）外設(shè)函數(shù)的命名以該外設(shè)的縮寫加下劃線開頭?？s寫全部大寫，每個單詞的第一個字母大寫，該單詞其余字母小寫，例如：SPI_SendData。在函數(shù)名中，只允許存在一個下劃線，用以分隔外設(shè)縮寫和函數(shù)名的其它部分，下劃線后通常代表函數(shù)的功能，不同外設(shè)的驅(qū)動函數(shù)名稱只要下劃線后面的部分相同，函數(shù)功能基本相同。部分函數(shù)命名如表3-2所示。3.1.3STM32的標準外設(shè)庫的命名規(guī)則3.2STM32嵌入式開發(fā)目標板簡介3.3仿真器仿真器是STM32開發(fā)的必備硬件之一，其作用是連接計算機（開發(fā)工具）和開發(fā)平臺（開發(fā)對象），將在計算機上編譯完成的程序代碼下載到目標板，并且可以實現(xiàn)在計算機上實時硬件調(diào)試，硬件連接關(guān)系如圖3-6所示。3.3.1仿真器分類對于使用Cortex-M內(nèi)核的微控制器而言，目前常用的仿真器有以下幾種。（1）J-LINK仿真器（2）ST-LINK等專用仿真器（3）ULink仿真器（4）CMSIS-DAP仿真器3.3.2JTAG和SWD接口（1）JTAG接口（2）SWD接口3.4軟件集成開發(fā)環(huán)境關(guān)于MDK的安裝，需要注意以下幾點：（1）安裝路徑不能帶中文，必須是英文路徑，否則在使用過程中可能會出現(xiàn)莫名其妙的問題。（2）安裝目錄盡量不同51的KEIL或者KEIL4沖突，三者目錄分開。（3）KEIL5的安裝比起KEIL4多了一個步驟，必須添加器件支持包（MCU庫），不然沒法使用。3.5新建工程模板3.5.1新建本地文件夾3.5.2在MDK中新建項目3.5.3MDK工程項目配置3.5.4編譯和下載程序3.5.1新建本地文件夾3.5.2在MDK中新建項目3.5.3MDK工程項目配置1．在工程中添加組文件夾對文件進行管理3.5.3MDK工程項目配置2．配置工程選項3.5.3MDK工程項目配置2．配置工程選項3.5.4編譯和下載程序1．使用仿真器下載程序（1）硬件連接3.5.4編譯和下載程序1．使用仿真器下載程序（2）仿真器配置3.5.4編譯和下載程序1．使用仿真器下載程序（3）選擇目標板3.5.4編譯和下載程序1．使用仿真器下載程序（4）下載程序3.5.4編譯和下載程序2．使用串口下載程序（1）安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動在電腦中安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動—CH340版本。如果USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝成功，USB線跟板子連接沒有問題，在計算機->管理->設(shè)備管理器->端口中可識別到串口。3.5.4編譯和下載程序2．使用串口下載程序（2）硬件連接3.5.4編譯和下載程序2．使用串口下載程序（3）開始下載第3章STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識小結(jié) 了解STM32標準庫的結(jié)構(gòu)體系和命名規(guī)則。了解本書開發(fā)板板載資源分布。掌握keilMDK-ARM安裝以及工程創(chuàng)建的步驟方法。 掌握基本調(diào)試器的設(shè)置，程序的下載。謝謝！《嵌入式技術(shù)及應(yīng)用》“教學做一體化”課程學習內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)概述1STM32嵌入式C語言編程特點2STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識3實踐項目1——點亮LED燈4實踐項目2——按鍵檢測5實踐項目3——LCD12864顯示6實踐項目4——中斷按鍵7實踐項目5——SysTick實現(xiàn)精確延時8階段項目——狀態(tài)機編程實現(xiàn)按鍵長按短按操作9實踐項目6——USART實現(xiàn)計算機控制LED燈10實踐項目7——ADC數(shù)據(jù)采集11實踐項目8——利用DMA實現(xiàn)多路ADC數(shù)據(jù)采集12實踐項目9——TIM定時器的PWM控制LED亮度13實踐項目10——LCD彩屏顯示模擬時鐘14實踐項目11——μC/OS-III操作系統(tǒng)15綜合項目——溫濕度測量儀設(shè)計16第4章實踐項目1——點亮LED燈微信E-mail:XS_CHEN@126.com第4章項目實踐1——點亮LED燈學習目標了解STM32芯片的架構(gòu)，掌握STM32芯片內(nèi)部部件。掌握存儲器映射的基本概念，了解存儲器區(qū)域功能劃分。掌握寄存器及寄存器映射的概念，了解總線基地址，外設(shè)基地址，外設(shè)寄存器等概念，學會看懂C語言對寄存器的封裝過程。了解GPIO外設(shè)的功能。掌握GPIO外設(shè)初始結(jié)構(gòu)體，會模仿利用庫函數(shù)初始化結(jié)構(gòu)體。第4章項目實踐1——點亮LED燈任務(wù)描述點亮LED燈是學習嵌入式編程的第一個項目，本項目通過GPIO端口控制LED燈亮滅，學習嵌入式編程的基本思路，學會GPIO的初始化方法。第4章項目實踐1——點亮LED燈4.1相關(guān)知識4.2項目實施4.3拓展項目1——LED流水燈4.1相關(guān)知識4.1.1STM32芯片架構(gòu)4.1.2存儲器映射4.1.3寄存器映射4.1.4GPIO簡介4.1.1STM32芯片架構(gòu)芯片（這里指內(nèi)核，或者叫CPU）和外設(shè)之間通過各種總線連接，其中驅(qū)動單元有4個，被動單元也有4個，如圖4-2所示。為了方便理解，我們都可以把驅(qū)動單元理解成是CPU部分，被動單元都理解成外設(shè)。4.1.1STM32芯片架構(gòu)4.1.2存儲器映射1．存儲器映射2．存儲器區(qū)域功能劃分在這4GB的地址空間中，ARM已經(jīng)粗線條的平均分成了8個塊（Block），每塊512MB，并且規(guī)定了它們的用途在這8個Block里面，有3個塊非常重要，也是我們最關(guān)心的。即Block0用來設(shè)計成內(nèi)部FLASH，Block1用來設(shè)計成內(nèi)部RAM，Block2用來設(shè)計成片上的外設(shè)，這三個Block里面的具體區(qū)域的功能劃分如表4-2所示。4.1.2存儲器映射1．存儲器映射2．存儲器區(qū)域功能劃分在這4GB的地址空間中，ARM已經(jīng)粗線條的平均分成了8個塊（Block），每塊512MB，并且規(guī)定了它們的用途在這8個Block里面，有3個塊非常重要，也是我們最關(guān)心的。即Block0用來設(shè)計成內(nèi)部FLASH，Block1用來設(shè)計成內(nèi)部RAM，Block2用來設(shè)計成片上的外設(shè)，這三個Block里面的具體區(qū)域的功能劃分如表4-2所示。4.1.3寄存器映射1．什么是寄存器及寄存器映射在存儲器Block2這塊區(qū)域，設(shè)計的是片上外設(shè)，它們以四個字節(jié)為一個單元，共32bit，每一個單元對應(yīng)不同的功能，當我們控制這些單元時就可以驅(qū)動外設(shè)工作。我們可以找到每個單元的起始地址，然后通過C語言指針的操作方式來訪問這些單元，如果每次都是通過這種地址的方式來訪問，不僅不好記憶還容易出錯，這時我們可以根據(jù)每個單元功能的不同，以功能為名給這個內(nèi)存單元取一個別名，這個別名就是我們經(jīng)常說的寄存器，這個給已經(jīng)分配好地址的有特定功能的內(nèi)存單元取別名的過程就叫寄存器映射。4.1.3寄存器映射1．什么是寄存器及寄存器映射比如，我們找到GPIOB端口的輸出數(shù)據(jù)寄存器ODR的地址是0x40010C0C（至于這個地址如何找到可以先跳過），ODR寄存器是32bit，低16bit有效，對應(yīng)著16個外部IO，寫0/1對應(yīng)的的IO則輸出低/高電平?，F(xiàn)在我們通過C語言指針的操作方式，讓GPIOB的16個IO都輸出高電平，語句如下：*(unsignedint*)(0x40010C0C)=0xFFFF;0x40010C0C在我們看來是GPIOB端口ODR的地址，但是在編譯器看來，這只是一個普通的變量，是一個立即數(shù)，要想讓編譯器也認為是指針，我們得進行強制類型轉(zhuǎn)換，把它轉(zhuǎn)換成指針，即(unsignedint*)0x40010C0C，然后再對這個指針進行取內(nèi)容（*）操作。這種通過絕對地址訪問內(nèi)存單元不好記憶且容易出錯，我們可以通過寄存器的方式來操作，具體如下：#defineGPIOB_ODR(unsignedint*)(GPIOB_BASE+0x0C)*GPIOB_ODR=0xFF;為了方便操作，我們干脆把指針操作“*”也定義到寄存器別名里面，具體如下：#defineGPIOB_ODR*(unsignedint*)(GPIOB_BASE+0x0C)GPIOB_ODR=0xFF;4.1.3寄存器映射2．總線基地址片上外設(shè)區(qū)分為三條總線，根據(jù)外設(shè)速度的不同，掛載在不同的總線上，APB1掛載低速外設(shè)，APB2和AHB掛載高速外設(shè)。相應(yīng)總線的最低地址稱為該總線基地址，總線基地址也是掛載在該總線上的首個外設(shè)的地址。其中APB1總線的地址最低，片上外設(shè)從這里開始，也叫外設(shè)基地址。STM32F10xx總線基地址如表4-3所示。4.1.3寄存器映射3．外設(shè)基地址總線上掛載著各種外設(shè)，這些外設(shè)也有自己的地址范圍，特定外設(shè)的首個地址稱為“XX外設(shè)基地址”，也叫XX外設(shè)的邊界地址。具體有關(guān)STM32F10xx外設(shè)的邊界地址請參考《STM32F10xx參考手冊》相應(yīng)章節(jié)。這里面我們以GPIO這個外設(shè)為例來講解外設(shè)基地址，GPIO屬于高速外設(shè)，掛載在APB2總線上，外設(shè)基地址如表4-4所示。4.1.3寄存器映射4．外設(shè)寄存器在外設(shè)的地址范圍內(nèi)，分布著的就是該外設(shè)的寄存器。以GPIO外設(shè)為例，GPIO外設(shè)有很多個寄存器，每一個都有特定的功能。每個寄存器為32bit，占4個字節(jié)，在該外設(shè)的基地址上按照順序排列，寄存器的位置都以相對該外設(shè)基地址的偏移地址來描述。下面以GPIOB端口為例來說明，如表4-5所示。4.1.3寄存器映射5．C語言對寄存器的封裝以上所有的關(guān)于存儲器映射的內(nèi)容，最終都是為大家更好地理解如何用C語言控制讀寫外設(shè)寄存器做準備。（1）封裝總線和外設(shè)基地址在編程時為了方便理解和記憶，我們把總線基地址和外設(shè)基地址定義成相應(yīng)的宏，總線或者外設(shè)都以他們的名字作為宏名，例如代碼清單4-1所示。4.1.3寄存器映射5．C語言對寄存器的封裝以上所有的關(guān)于存儲器映射的內(nèi)容，最終都是為大家更好地理解如何用C語言控制讀寫外設(shè)寄存器做準備。（2）封裝寄存器我們引入C語言中的結(jié)構(gòu)體語法對寄存器進行封裝，GPIO外設(shè)的寄存器列表封裝具體代碼如代碼清單4-2所示。4.1.3寄存器映射4.1.4GPIO簡介GPIO是通用輸入輸出（GeneralPurposeInput&Output）端口的簡稱，是STM32可控制的引腳，是微控制器中最簡單也是最常用的片上外設(shè)，由于資源限制，其他片上外設(shè)往往要與GPIO復(fù)用芯片的引腳。STM32芯片的GPIO引腳與外部設(shè)備連接，從而實現(xiàn)與外部通訊、控制以及數(shù)據(jù)采集的功能。STM32F103微控制器的GPIO資源豐富，根據(jù)芯片封裝不同，最多擁有GPIOA、GPIOB、GPIOC、…、GPIOG共7組GPIO端口，每組GPIO端口最多擁有Pin0~Pin15共16個引腳。根據(jù)連接對象的不同，GPIO端口的每一個引腳都可以獨立設(shè)置成不同的工作模式4.1.4GPIO簡介所有的GPIO引腳都有基本的輸入輸出功能。最基本的輸出功能是由STM32控制引腳輸出高、低電平，實現(xiàn)開關(guān)控制，如把GPIO引腳接入到LED燈，那就可以控制LED燈的亮滅，引腳接入到繼電器或三極管，那就可以通過繼電器或三極管控制外部大功率電路的通斷。最基本的輸入功能是檢測外部輸入電平，如把GPIO引腳連接到按鍵，通過電平高低區(qū)分按鍵是否被按下。4.2項目實施硬件電路實現(xiàn)4.2項目實施

程序設(shè)計思路（1）編程要點①使能GPIO端口時鐘；②初始化GPIO目標引腳為推挽輸出模式；③編寫測試程序，控制GPIO引腳輸出低電平，點亮LED。4.2項目實施

程序設(shè)計思路（2）程序流程圖第4章項目實踐1——點亮LED燈程序下載驗證實驗現(xiàn)象演示拓展項目1要求在本章RGB燈初始化程序的基礎(chǔ)上，配合延時函數(shù)，實現(xiàn)如下功能：（1）上電三色燈中的紅燈（D3_R）閃爍3次后進入（2）；（2）三色燈按照紅（D3_R）綠（D3_G）藍（D3_B）的順序循環(huán)閃爍的流水燈；（3）讓開發(fā)板上的LED1（PF7）,LED2（PF8）加入到流水燈中。拓展項目1硬件電路拓展項目1硬件電路程序下載驗證實驗現(xiàn)象演示謝謝！微信E-mail:XS_CHEN@126.com《嵌入式技術(shù)及應(yīng)用》“教學做一體化”課程學習內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)概述1STM32嵌入式C語言編程特點2STM32嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)知識3實踐項目1——點亮LED燈4實踐項目2——按鍵檢測5實踐項目3——LCD12864顯示6實踐項目4——中斷按鍵7實踐項目5——SysTick實現(xiàn)精確延時8階段項目——狀態(tài)機編程實現(xiàn)按鍵長按短按操作9實踐項目6——USART實現(xiàn)計算機控制LED燈10實踐項目7——ADC數(shù)據(jù)采集11實踐項目8——利用DMA實現(xiàn)多路ADC數(shù)據(jù)采集12實踐項目9——TIM定時器的PWM控制LED亮度13實踐項目10——LCD彩屏顯示模擬時鐘14實踐項目11——μC/OS-III操作系統(tǒng)15綜合項目——溫濕度測量儀設(shè)計16第5章實踐項目2——按鍵檢測第5章項目實踐2——按鍵檢測學習目標掌握STM32芯片的GPIO外設(shè)的基本結(jié)構(gòu)，理解輸入與輸出結(jié)構(gòu)的基本組成。掌握GPIO的工作模式，了解不同模式的典型應(yīng)用場合。掌握GPIO初始化的過程，學會編寫具體對象的GPIO引腳的初始化代碼。了解常用GIO標準外設(shè)庫的常用函數(shù)的功能。掌握項目代碼中所調(diào)用的GPIO標準庫函數(shù)的用法。了解RCC外設(shè)的時鐘控制部分，學會使用相關(guān)庫函數(shù)控制外設(shè)的時鐘。理解時鐘路徑的配置過程。第5章項目實踐2——按鍵檢測任務(wù)描述本項目通過檢測GPIO端口的輸入電平，判斷按鍵按下與否。并實現(xiàn)不同按鍵控制不同的功能。本項目中主要實現(xiàn)控制LED燈亮滅，流水燈流水與否以及其流水速度。第5章項目實踐2——按鍵檢測5.1相關(guān)知識5.2項目實施5.3拓展項目2——按鍵控制LED流水燈5.1相關(guān)知識5.1.1GPIO的基本結(jié)構(gòu)5.1.2GPIO的工作模式5.1.3GPIO的初始化及標準外設(shè)庫函數(shù)5.1.4STM32F10x微控制器的系統(tǒng)時鐘5.1.1GPIO的基本結(jié)構(gòu)STM32F103微控制器的GPIO端口資源豐富，根據(jù)芯片不同的封裝，端口數(shù)量有所差別。但是，每一個端口都擁有相同的結(jié)構(gòu)，如圖5-1所示。也就是說，圖5-1所示結(jié)構(gòu)為一個引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，16個這樣的結(jié)構(gòu)在一起構(gòu)成1組。STM32F103芯片中最多有GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG共7組，112個GPIO端口。5.1.1GPIO的基本結(jié)構(gòu)在涉及GPIO的編程中，實際上就是對框圖中的寄存器進行讀寫操作，并通過寄存器控制相關(guān)電路。GPIO引腳處的兩個保護二極管分別接電源電壓和電源地，當外部電路由于某種原因產(chǎn)生浪涌電壓并被導入GPIO引腳時，如果浪涌電壓高于VDD電源電壓，上方的保護二極管導通，浪涌電壓通過電源電路被濾波電容吸收泄放掉；當導入的浪涌電壓低于電壓地VSS時，下方的保護二極管導通，浪涌電壓同樣被濾波電容吸收泄放掉，從而避免浪涌電壓對芯片內(nèi)部電路造成損害。5.1.1GPIO的基本結(jié)構(gòu)在圖5-1中，上部分的虛線框是GPIO端口的輸入部分。通過程序可以控制圖中的電子開關(guān)使得GPIO端口工作在上拉輸入、下拉輸入或者浮空輸入模式，輸入信號根據(jù)工作模式的不同可以經(jīng)過肖特基施密特觸發(fā)器整形后，送到輸入數(shù)據(jù)寄存器或者復(fù)用輸入，也可以直接送到模擬輸入。在圖5-1中，下部分的虛線框是GPIO端口的輸出部分。其數(shù)據(jù)來源可以是輸出數(shù)據(jù)寄存器，或者是復(fù)用功能輸出。通過程序可以控制圖中的兩個MOS管同時工作，此時GPIO工作在推挽輸出模式；或者P-MOS管截止，只控制N-MOS管，此時工作在開漏輸出模式；或者兩個MOS管都關(guān)閉，輸出功能關(guān)閉。5.1.2GPIO的工作模式STM32F103微控制器GPIO的每一個引腳都可以根據(jù)實際應(yīng)用對象，獨立地配置成不同的工作模式，表5-1列出了GPIO的不同工作模式及典型應(yīng)用場合。5