ARM CORTEX-M3嵌入式开发及应用——基于STM32F103RC微控制器

作者：张勇、陈爱国、李瑞友、石宇雯、罗凡 著

出版社：清华大学出版社

出版日期：2025

ISBN：9787302680079

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内容简介

“《ARM Cortex-M3嵌入式开发及应用——基于STM32F103RC微控制器》介绍了基于ARM Cortex-M3内核的微控制器STM32F103RCT6和嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，详细讲述了嵌入式系统的硬件设计与软件开发技术，主要内容包括嵌入式系统概述、STM32F103微控制器、STM32F103学习平台、LED灯控制与Keil MDK工程框架、按键与中断处理、定时器、串口通信与声码器、ADC与存储器管理、LCD屏与温度传感器、μC/OS-Ⅱ系统与移植、μC/OS并蛉挝窆芾怼⑿藕帕坑牖コ庑藕帕俊⑾息邮箱与消息队列等。本书理论与应用紧密结合，实例丰富，对于基于STM32F1系列微控制器及嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的教学和工程应用，都具有一定的指导和参考价值。
《ARM Cortex-M3嵌入式开发及应用——基于STM32F103RC微控制器》可作为普通高等学校物联网工程、电子工程、通信工程、自动化、智能仪器、计算机工程和嵌入式控制等相关专业的高年级本科生教材，也可作为嵌入式系统爱好者和工程开发技术人员的参考用书。”

本书特色

本书介绍了基于ARM Cortex-M3内核的微控制器STM32F103RCT6和嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，详细讲述嵌入式系统的硬件设计与软件开发技术。本书理论与应用紧密结合，实例丰富，对于基于STM32F1系列微控制器及嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的教学和工程应用，都具有颇强的指导和参考价值。
?理论与应用紧密结合 本书是基于RISC-V指令集的单板计算机和嵌入式Linux操作系统的深度结合的嵌入式图书。
?认知—应用—提高 展示一个从事嵌入式系统设计的全过程，“认知”体现为对嵌入式系统核心芯片的学习和掌握；“应用”体现在应用芯片进行嵌入式电路板的设计；“提高”指实现该电路板嵌入式实时操作系统的移植，开发出高性能程序。
?完整工程，功能拓展 书中的全部工程都是完整且相互联系的，后续章节的工程建立在前面章节工程的基础上，是添加了新的功能而构建的。
?实例丰富，篇幅精练 案例源码丰富，且以有限的篇幅巧妙地将所有工程的源代码都包含进来。

目录

前言

自1971年第一块单片机诞生至今，嵌入式系统的发展经历了初期阶段和蓬勃发展期，现已进入了成熟期。在嵌入式系统发展初期，各种EDA工具还不完善，芯片的制作工艺和成本颇高，嵌入式程序设计语言以汇编语言为主，该时期只有电子工程专业技术人员才能从事嵌入式系统设计与开发工作。到了20世纪80年代，随着MCS51系列单片机的出现及C51程序设计语言的成熟，单片机应用系统成为嵌入式系统的代名词，MCS51单片机迅速在智能仪表和自动控制等相关领域得到普及。同时期，各种DSP芯片、FPGA芯片和SoC如雨后春笋般涌现出来，应用领域从最初的自动控制应用扩展到各种各样的智能应用。1997年，ARM公司推出ARM7微控制器，之后又推出了Cortex系列微控制器和微处理器，它们成为嵌入式系统设计的首选芯片，标志着嵌入式系统进入蓬勃发展期。
配 套 资 源
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r 微课视频(124分钟，32集)： 扫描书中相应章节中的二维码在线学习。<p>自1971年第一块单片机诞生至今，嵌入式系统的发展经历了初期阶段和蓬勃发展期，现已进入了成熟期。在嵌入式系统发展初期，各种EDA工具还不完善，芯片的制作工艺和成本颇高，嵌入式程序设计语言以汇编语言为主，该时期只有电子工程专业技术人员才能从事嵌入式系统设计与开发工作。到了20世纪80年代，随着MCS51系列单片机的出现及C51程序设计语言的成熟，单片机应用系统成为嵌入式系统的代名词，MCS51单片机迅速在智能仪表和自动控制等相关领域得到普及。同时期，各种DSP芯片、FPGA芯片和SoC如雨后春笋般涌现出来，应用领域从最初的自动控制应用扩展到各种各样的智能应用。1997年，ARM公司推出ARM7微控制器，之后又推出了Cortex系列微控制器和微处理器，它们成为嵌入式系统设计的首选芯片，标志着嵌入式系统进入蓬勃发展期。</p><br /> <p>全球的半导体厂商在芯片制造上“百花齐放，百家争鸣”，是嵌入式系统蓬勃发展阶段的突出写照。这段时期，嵌入式系统工程师同时兼任硬件工程师和软件工程师，需要涉猎各种各样的芯片应用知识，并开发各具特色的应用程序。直到21世纪初，开源嵌入式实时操作系统出现，嵌入式系统工程师才真正分为嵌入式系统硬件工程师和嵌入式系统软件工程师。硬件工程师负责硬件电路板设计、芯片外设访问驱动函数开发和嵌入式实时操作系统移植等； 软件工程师负责系统资源管理与调度、图形用户交互界面设计和应用程序设计等。这标志着嵌入式系统已经发展到成熟期，几十个工程师乃至成百上千的工程师，通过细致分工协力合作进行同一项嵌入式系统研发。</p><br /> <p>本书按照强化读者应用能力与实践能力的思想，编排了一套适合读者分组设计的硬件电路系统(选用了具有64引脚LQFP封装的STM32F103RCT6芯片，适合手工焊装)，在此硬件电路系统的基础上，组织嵌入式控制设计与编程。本书内容分为两篇，第1篇主要面向硬件工程师，介绍STM32F103RCT6芯片结构、片上外设资源与用法以及典型电路系统； 第2篇在面向硬件工程师的同时兼顾软件工程师，介绍μC/OS并蛳低车囊浦灿肴挝窆芾怼</p><br /> <p>第1篇包括9章，是全书的硬件基础和芯片级别程序设计部分。第1章介绍嵌入式系统的发展历程和应用领域； 第2章介绍ARM Cortex睲3内核微控制器芯片STM32F103RCT6的内部结构、引脚配置、存储器、片内外设、异常与NVIC中断等； 第3章介绍一个完整的硬件电路系统，包括STM32F103RCT6核心电路、电源电路与按键电路、LED与蜂鸣器电路模块、串口模块、Flash与EEPROM电路模块、温度传感器模块、LCD屏模块和声码器模块等。这部分内容作为读者分组制作硬件电路的参考蓝图，也是后面程序设计的硬件电路基础； 第4章讨论STM32F103RCT6的GPIO访问方法以及LED灯控制技术，并完整地介绍基于Keil MDK创建工程的方法，后面的工程均基于该工程框架； 第5章深入分析NVIC中断的工作原理，重点介绍GPIO外部输入中断的处理方法，并给出按键响应实例； 第6章阐述STM32F103RCT6内部通用定时器、看门狗定时器和系统节拍定时器的应用与实例，其中，系统节拍定时器主要用于为嵌入式实时操作系统提供时钟节拍(一般设为100Hz)； 第7章介绍串口通信，一般借助中断方式从上位机接收串口数据，通过函数调用方式向上位机发送串口数据； 第8章介绍STM320F103RCT6访问Flash芯片W25Q64和EEPROM芯片AT24C128的方法； 第9章介绍STM32F103RCT6驱动TFT LCD屏的方法，介绍LCD屏显示英文字符和汉字的方法，并阐述温度传感器DS18B20的应用方法，展示LCD屏显示环境温度值的应用实例。</p><br /> <p>第2篇为嵌入式实时操作系统级别的程序设计部分，介绍嵌入式实时操作系统μC/OS并蛟谖⒖刂破鱏TM32F103RCT6上的移植和工程设计方法，包括4章，依次介绍系统组成与移植文件、任务管理与工程框架、信号量与互斥信号量、消息邮箱与消息队列。这篇内容中没有对嵌入式实时操作系统μC/OS并虻哪诓抗ぷ髟理进行剖析，感兴趣的读者可参考文献［1,3］。</p><br /> <p> </p><br /> <p> </p><br /> <p>作为教材，需要体现知识的完整性和可扩展性。本书的内容给读者展示了一个从事嵌入式系统设计的“认知—应用—提高”的全过程，“认知”体现为对嵌入式系统核心芯片的学习和掌握，重点在于学习一款芯片的存储器、中断与片内外设(合称为芯片的三要素)，这也是第2章关于STM32F103RCT6芯片的重点内容； “应用”体现在应用芯片进行嵌入式电路板的设计，并掌握各个电路模块的工作原理和访问技术，会应用C语言进行驱动函数设计，即第3~9章的全部内容； “提高”是指实现该电路板嵌入式实时操作系统的移植，并将底层硬件的访问方法抽象为函数调用，即第2篇的内容，使得没有硬件电路基础的软件工程师也可在此基础上开发出高性能的用户应用程序，并实现友好的图形用户界面。建议先讲授第3章并组织分组设计电路板，再按顺序讲授第1~2章、第4~9章，第10~12章内容，根据专业培养方案选学。</p><br /> <p>本书中的全部工程都是完整且相互联系的，后续章节的工程建立在前面章节工程的基础上，是添加了新的功能而构建的。本书以有限的篇幅巧妙地将所有工程的源代码都包含进来，强烈建议读者自行录入源代码，以加强学习效果。请使用Keil MDK 5.39或更高版本编写与调试本书工程程序。注意：  Keil MDK 5.39软件不提供在线的μC/OS并蛳低橙砑包下载，可至Silicon Labs官网主页Resources下的RTOS链接中下载μC/OS并蛉砑包，并复制到Keil MDK软件的包Packs目录下。</p><br /> <p>本书第3章的硬件学习平台是一个完整的硬件平台，也是需要分组开展设计的硬件实验平台，包括原理图设计与PCB设计(可使用Altium Designer软件)、制板、焊装、样机测试等，一般地，一个小组可在两周时间独立完成这些工作。同时，本书的所有工程均通过该硬件学习平台的测试。</p><br /> <p>本书由江西财经大学软件与物联网工程学院张勇组织编写，李瑞友参编了第4章，陈爱国参编了第5章，石宇雯参编了第7、8章，罗凡参编了第9、10章。特别感谢正点原子公司提供的资料和支持。</p><br /> <p>党的二十大报告中指出“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”“坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化”“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎”“加快发展物联网”。在党的二十大思想指引下，本书将硬件设计与软件控制相结合，将微控制器技术的教学与实践相结合，培养兼有基础理论知识和工程实用能力的新工科大学生，培养服务于新一代信息技术和物联网技术的专业型人才。</p><br /> <p>由于作者水平有限，书中难免会有疏漏之处，敬请同行专家和读者批评指正。</p><br /> <p> </p><br /> <p><br />配 套 资 源</p><br /> <p>r 程序代码等资源： 扫描目录上方的“配套资源”二维码下载。</p><br /> <p>r 教学课件、教学大纲等资源： 扫描封底的“书圈”二维码在公众号下载，或者到清华大学出版社官方网站本书页面下载。</p><br /> <p>r 微课视频(124分钟，32集)： 扫描书中相应章节中的二维码在线学习。</p><br /> <p>注： 请先扫描封底刮刮卡中的文泉云盘防盗码进行绑定后再获取配套资源。</p><br /> <p> </p><br /> <p> </p><br /> <p>编者2024年11月</p><br /> <p> </p>