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出版者:机械工业出版社

作者:李恩林等编

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2003-9

价格:30.0

装帧:平装

isbn号码:9787111122630

丛书系列:

图书标签:

• 微机接口技术
• 单片机
• 接口技术
• 实例
• 电路设计
• 电子技术
• 嵌入式系统
• 实践
• 教程
• DIY

现代电子系统设计与实践：基于STM32的嵌入式系统开发指南 本书旨在为电子工程、自动化、计算机科学等相关专业的学生和工程师提供一本全面、深入且注重实践的嵌入式系统开发教程。 随着物联网（IoT）、工业控制和智能设备领域的飞速发展，掌握以微控制器为核心的系统设计与应用开发能力变得至关重要。本书摒弃了对基础微处理器架构的冗长理论阐述，直接聚焦于当前工业界应用最广泛、生态系统最成熟的 意法半导体（STMicroelectronics）STM32系列微控制器，并通过大量贴合实际工程需求的实例，引导读者从零开始构建高性能、低功耗的嵌入式应用。 全书内容组织严谨，逻辑清晰，覆盖了从硬件基础选型到复杂软件架构实现的完整流程。 第一部分：STM32微控制器基础与开发环境搭建（深度解析硬件内核与工具链） 本部分着重于为读者建立坚实的STM32平台认知基础，确保读者能够快速、高效地进入实际开发阶段。 第一章：STM32微控制器选型与核心架构剖析 选型策略： 详细对比STM32系列（如F0/F1/F3/F4/L4/H7等）的性能、功耗、存储资源和外设集成的差异，指导读者根据项目需求进行最佳芯片选型。 Cortex-M内核精讲： 深入讲解Cortex-M3/M4/M7内核的流水线工作原理、特权级（Privilege Levels）、中断向量表（NVIC）的配置与优先级管理，重点剖析浮点运算单元（FPU）在高性能计算中的作用。 存储器映射与总线结构： 解释AHB/APB总线的连接拓扑，内存（Flash, SRAM）的访问时序与缓存机制（针对Cortex-M7），理解数据在芯片内部的流动路径，为优化程序性能打下基础。 第二章：高效的嵌入式开发工具链与基础配置 集成开发环境（IDE）精通： 详细介绍Keil MDK、STM32CubeIDE（GCC/GDB）的安装、配置与项目管理。重点讲解CubeMX图形化配置工具的高级用法，包括时钟树的精确设定和外设寄存器的自动生成。 固件库选择与理解： 对比使用寄存器编程、HAL（Hardware Abstraction Layer）库和LL（Low-Layer）库的优劣。本书后续实例主要采用HAL库，并辅以LL库的部分关键优化点讲解，以平衡开发效率与硬件控制精度。 调试与仿真技术： 掌握J-Link/ST-Link的使用，学习设置断点、观察变量、分析堆栈、查看寄存器状态等调试技巧。引入逻辑分析仪与示波器辅助调试的工程实践方法。 第二部分：核心微控制器外设的驱动与应用实践（精选150个实用案例的理论支撑） 本部分是本书的重点，通过对STM32最常用、最关键的片上资源的逐一攻克，实现对硬件的完全掌控。 第三章：系统时钟、定时器与中断管理 电源管理与低功耗设计： 讲解不同工作模式（Run, Sleep, Stop, Standby）的功耗特性，以及如何通过RCC配置实现高效的功耗优化，为电池供电项目做准备。 通用定时器（TIM）的灵活应用： 覆盖PWM生成（电机控制、LED调光）、输入捕获（频率测量、编码器接口）、One-Pulse模式等高级定时功能。 SysTick与外部中断（EXTI）： 讲解如何使用SysTick实现高精度软件延时和周期性任务调度，以及EXITI在按键去抖动和事件触发中的关键配置。 第四章：通信接口的深度集成与协议实现 异步串行通信（USART/UART）： 实现波特率计算、数据帧校验（奇偶校验）和中断驱动的数据收发机制。重点介绍DMA在连续数据流传输中的应用，避免CPU干预。 同步串行通信（SPI）： 详细讲解主从模式配置、时钟极性/相位（CPOL/CPHA）的选择，并给出驱动SD卡和SPI屏幕（如TFT-LCD）的完整驱动框架。 I²C总线与多主控通信： 深入解析I²C的起始/停止条件、地址寻址、ACK/NACK机制。提供驱动EEPROM、温度/湿度传感器的实用代码。 高级串行通信（CAN/USB）： 重点讲解CAN总线的报文结构、过滤器配置，并提供一个简易的CAN节点通讯示例。USB部分侧重于CDC（虚拟串口）和HID设备的应用开发。 第五章：模数转换（ADC）与数模转换（DAC）的高级应用 ADC的精度与速度优化： 讲解采样时钟、转换序列、扫描模式与触发源的选择。实现单次转换、连续扫描以及多通道交错采样。 DMA与ADC联动： 设计高速数据采集系统，利用DMA将转换结果自动存入内存，实现不间断的波形捕获。 DAC应用： 实现精确的模拟信号输出，例如生成标准波形（正弦波、三角波）或模拟传感器输出。 第三部分：系统级软件架构与高级功能实现（面向复杂嵌入式系统的构建） 本部分将读者从单个外设驱动层面提升到复杂的系统级软件设计能力。 第六章：存储器管理与文件系统集成 内部Flash/EEPROM读写： 讲解Flash的扇区擦除、写入操作的时序要求，实现关键参数的非易失性存储。 外部存储器接口（FSMC/SDIO）： 重点介绍SDIO接口的初始化与配置，集成FatFs文件系统，实现对大容量SD卡的读写操作，构建数据日志记录功能。 第七章：实时操作系统（RTOS）在STM32上的应用 FreeRTOS内核与任务管理： 介绍RTOS的基本概念（任务、优先级、上下文切换），讲解任务的创建、删除、延时与同步机制（信号量、互斥锁、消息队列）。 资源共享与实时性保障： 分析在多任务环境下，如何使用临界区和中断管理来防止竞态条件和优先级反转，确保关键任务的实时响应。 第八章：嵌入式系统调试、可靠性与工程实践 看门狗（WDT）的配置与应用： 讲解IWDG/WWDG的原理，以及如何通过适当的喂狗机制保证系统在异常情况下能够自动复位恢复运行。 固件升级（OTA/Bootloader）： 介绍如何设计一个安全的自举加载程序（Bootloader），实现通过串口或网络对主程序进行远程升级，这是现代嵌入式产品生命周期管理的关键一环。 代码重构与模块化设计： 探讨如何将分散的驱动代码封装成可重用、易于维护的软件模块，提高工程的健壮性和可扩展性。 本书特色总结： 本书以 “理论讲解适度、工程实例驱动” 为核心理念。所提供的每一个实例都附带有详细的硬件连接图、完整的软件源代码和详细的配置步骤说明。通过阅读和实践本书内容，读者将不仅掌握STM32的编程技能，更能建立起一套完整的嵌入式系统设计思维，能够独立面对和解决实际工程中遇到的复杂问题。对于希望从基础入门快速过渡到专业开发的工程师而言，本书是其案头不可或缺的工具书和实践手册。

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