西安电子科技大学出版社

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本书是基于STM32嵌入式系统的应用开发实战教程，全书分为基础入门篇、基础实战篇、进阶实战篇三个部分。基础入门篇从认识嵌入式系统到开发环境的搭建，使读者初步了解嵌入式系统的开发；基础实战篇通过经典的实战任务使读者熟悉STM32F4嵌入式系统的工作原理和基本开发方法；进阶实战篇对有更高开发需求的读者提供了进阶强化任务，从而使这些读者加深对嵌入式系统应用开发的理解。本书在内容组织上由浅入深，注重理论与实践的结合，在任务过程中穿插理论知识，针对性更强，可使读者有效地掌握实践方法。本书采用STM32 CubeIDE作为集成开发工具，通过STM32Cube的开发方式，建立起HAL库的开发思想。其中工程初始化代码可通过STM32 CubeIDE中集成的STM32CubeMX进行图形化配置，降低了STM32初学者的实践难度；底层驱动和配置可通过直接调用HAL库函数实现，让开发者可以编写出更高效的代码。本书可作为高等学校电子信息类、计算机类专业嵌入式系统开发应用课程的教材，也可作为嵌入式系统开发初学者的入门参考资料。

随着物联网技术的发展，嵌入式系统在工业控制、通信、医疗器械、消费类电子产品等领域的应用越来越广泛，市场对于嵌入式系统开发应用人才的需求在持续增加。近年来，随着国家对芯片、操作系统重视程度的提高，为了实现嵌入式产品的设计、生产自主化，需要更多的本土专业人才，各个高校更是遵循市场和国家发展需求，不断加强培养适应岗位需求的各种应用型、技能型人才。

本书内容紧跟嵌入式技术发展趋势，介绍了目前国内应用最为广泛的STM32芯片的应用与开发技术。书中的所有实践任务均基于STM32CubeIDE，志在提高嵌入式系统开发的效率。书中将实践任务作为主线，引导读者通过“做中学，学中做”的方式学习相关的理论知识。另外，本书的编程采用HAL库编程思想，这也是目前STM32嵌入式系统开发的趋势。

本书共9章，分为3大部分：基础入门篇、基础实战篇、进阶实战篇。基础入门篇主要介绍开发前的准备工作，包括2章内容：认识STM32嵌入式系统、搭建STM32CubeIDE开发环境。基础实战篇是本书的核心内容，也是嵌入式应用开发学习者入门必学的内容，主要介绍基于STM32CubeIDE的STM32芯片片内外设的基本开发方法和理论知识，包括5章内容：STM32 I/O应用实战、STM32外部中断的应用、STM32串口通信的应用、STM32定时器应用实战、STM32模拟数字转换模块。进阶实战篇包括2章内容：STM32的通信接口应用实战，介绍RS-485和CAN总线通信实现；传感器和电机的应用实战，介绍温度传感器数据采集、超声波测距和控制步进电机的实现。每章后有对应的思考与练习，用于对该章知识点进行总结和巩固。

本书内容注重任务驱动，任务不再是辅助学习材料，而是每章的主要内容，理论知识为任务实现服务，任务的实现过程可使读者加深对理论知识的理解。书中选取经典实践任务，内容由浅入深，有详细的操作过程说明，更加适合需要快速入门并掌握嵌入式开发知识的读者以及高校的学生群体。

本书以STM32嵌入式芯片作为开发对象，任务中更关注软硬件实现的原理分析，不强调具体某一款开发实验板，读者可以灵活选用应用对象，活学活用。本书采用ST公司推出的STM32CubeIDE作为集成开发工具，该软件是ST公司提供的免费软件，可从官网获取和更新，集成了STM32CubeMX模块，可进行MCU系统功能和片上外设的图形化配置，自动生成工程代码，使用更加便捷。代码实现采用HAL库开发模式，可随时跟进最新的技术动态，开发效率更高。

为了和STM32CubeIDE开发工具保持一致，书中的部分变量、单位和器件符号未采用国标，请读者阅读时留意。

本书提供各个章节的教学课件、所有案例的源代码和思考与练习答案，需要的读者可以在出版社官网查询本书，进入本书的页面获取相关资源。

本书主编是上海第二工业大学教师尹静，副主编是上海第二工业大学教师谢微以及上海电子信息职业技术学院教师何进松。尹静负责本书整体结构设计以及第一部分内容的编写，谢微负责本书第二部分和第三部分第9章内容的编写以及对应案例材料的整理，何进松负责本书第三部分第8章内容的编写以及对应案例材料的整理。

由于编者水平有限，书中难免会有疏漏和不妥之处，敬请广大读者和专家批评指正。

编 者

2023年9月

第一部分　基 础 入 门 篇

第1章　认识STM32嵌入式系统 2

1.1　ARM微处理器 2

1.1.1　ARM系列微处理器 2

1.1.2　Cortex系列处理器 3

1.2　STM32微控制器 5

1.2.1　STM32系列微控制器 5

1.2.2　STM32时钟系统 11

1.2.3　STM32最小系统 14

思考与练习 18

第2章　搭建STM32CubeIDE开发环境 19

2.1　STM32CubeIDE软件平台搭建 19

2.1.1　初识STM32CubeIDE 19

2.1.2　STM32CubeIDE的下载和安装 20

2.1.3　开启STM32CubeIDE的操作

界面 22

2.1.4　HAL库的应用 26

2.2　下载和调试驱动安装 29

2.2.1　串口下载程序 29

2.2.2　ST-LINK仿真器下载程序 31

思考与练习 32

第二部分　基 础 实 战 篇

第3章　STM32 I/O应用实战 34

3.1　初识STM32的I/O口 34

3.2　任务1 GPIO实现跑马灯的控制 35

3.2.1　任务分析 35

3.2.2　硬件设计与实现 35

3.2.3　软件设计与实现 36

3.3　任务2 按键点灯的控制与实现 49

3.3.1　任务分析 49

3.3.2　硬件设计与实现 49

3.3.3　软件设计与实现 51

3.4　任务3 STM32 I/O的位带操作

实现 59

3.4.1　位带操作原理 59

3.4.2　位带操作的代码实现 61

3.5　拓展知识 63

3.5.1　STM32 I/O的配置寄存器 63

3.5.2　STM32 I/O相关的HAL库

函数 63

思考与练习 64

第4章　STM32外部中断的应用 65

4.1　认识STM32的外部中断 65

4.1.1　STM32的中断向量表 65

4.1.2　外部中断/事件控制器(EXTI) 67

4.1.3　中断管理机制 69

4.2　任务 按键检测的设计与实现 70

4.2.1　任务分析 70

4.2.2　硬件设计与实现 70

4.2.3　软件设计与实现 71

4.3　拓展知识 76

4.3.1　外部中断的配置寄存器 76

4.3.2　GPIO作为外部中断的HAL库

函数 77

思考与练习 77

第5章　STM32串口通信的应用 78

5.1　认识STM32的串口通信 78

5.1.1　串口通信概述 78

5.1.2　USART串口内部结构 79

5.1.3　串口异步通信协议 82

5.2　任务 简单串口通信功能的实现 82

5.2.1　任务分析 82

5.2.2　硬件设计与实现 83

5.2.3　软件设计与实现 84

5.3　项目扩展知识 94

5.3.1　串口相关寄存器 94

5.3.2　串口的HAL库函数 95

思考与练习 96

第6章　STM32定时器应用实战 97

6.1　认识STM32的定时器 97

6.1.1　定时器功能分类 97

6.1.2　定时器内部结构 98

6.2　任务1 定时中断控制LED灯

闪烁 99

6.2.1　任务分析 99

6.2.2　硬件设计与实现 99

6.2.3　软件设计与实现 103

6.3　任务2 定时器输出PWM脉冲 108

6.3.1　任务分析 108

6.3.2　硬件设计与实现 108

6.3.3　软件设计与实现 112

6.4　 任务3 定时器测量输入的脉冲

宽度 117

6.4.1　任务分析 117

6.4.2　硬件设计与实现 117

6.4.3　软件设计与实现 119

6.5　项目扩展知识 127

6.5.1　定时器的寄存器 127

6.5.2　定时器的HAL库函数 128

思考与练习 130

第7章　STM32模拟数字转换模块 131

7.1　认识STM32的ADC 131

7.1.1　STM32的ADC简介 131

7.1.2　STM32的ADC功能 132

7.2　任务1 STM32 ADC应用实战 136

7.2.1　任务分析 136

7.2.2　硬件设计与实现 136

7.2.3　软件设计与实现 137

7.3　认识STM32的DAC 144

7.3.1　STM32的DAC简介 144

7.3.2　STM32的DAC功能 145

7.4　任务2 STM32 DAC应用实战 147

7.4.1　任务分析 147

7.4.2　硬件设计与实现 147

7.4.3　软件设计与实现 148

7.5　拓展知识 154

7.5.1　ADC和DAC的寄存器 154

7.5.2　ADC和DAC的HAL库函数 155

思考与练习 158

第三部分　进 阶 实 战 篇

第8章　STM32的通信接口应用实战 160

8.1　任务1 RS-485通信实现 160

8.1.1　任务分析 160

8.1.2　RS-485通信原理简介 160

8.1.3　硬件设计与实现 162

8.1.4　软件设计与实现 163

8.2　任务2 CAN总线通信实现 169

8.2.1　任务分析 169

8.2.2　CAN总线通信原理简介 169

8.2.3　硬件设计与实现 173

8.2.4　软件设计与实现 174

思考与练习 177

第9章　传感器和电机的应用实战 178

9.1　 任务1 温度传感器数据采集的

实现 178

9.1.1　任务分析 178

9.1.2　温度传感器DS18B20介绍 178

9.1.3　硬件设计与实现 182

9.1.4　软件设计与实现 183

9.2　任务2 超声波测距的实现 191

9.2.1　任务分析 191

9.2.2　超声波传感器测距原理简介 191

9.2.3　硬件设计与实现 193

9.2.4　软件设计与实现 194

9.3　任务3 控制步进电机的实现 199

9.3.1　任务分析 199

9.3.2　步进电机转速的工作过程 199

9.3.3　硬件设计与实现 201

9.3.4　软件设计与实现 203

思考与练习 207