ARM Cortex-M体系架构与接口开发实战

前 言

ST（意法半导体）在2011年针对嵌入式领域推出了基于ARM Cortex™-M4为内核的STM32F4系列高性能微控制器，其采用了90纳米的NVM工艺和ART（自适应实时存储器加速器，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator™），并新增了硬件FPU单元及DSP指令，同时也大大提升了处理器主频，这使得STM32F4能够更广泛地运用于高负荷的工作及生产领域。

相比于STM32F1/STM32F2等CortexM3产品，STM32F4外设及性能提高了很多。STM32F4拥有192KB的片内SRAM，带摄像头接口（DCMI）、加密处理器（CRYP）、USB高速OTG、真随机数发生器、OTP存储器等。对于相同的外设部分，STM32F4具有更快的模/数转换速度、更低的ADC/DAC工作电压、32位定时器、带日历功能的实时时钟（RTC）、复用功能大大增强的I/O、4KB的电池备份SRAM以及更快的USART和SPI通信速度。STM32F4拥有ART自适应实时加速器，可以达到相当于FLASH零等待周期的性能。

STM32F4家族目前拥有STM32F40x、STM32F41x、STM32F42x和STM32F43x等几个系列、几十个不同的产品型号，不同型号的软件和引脚相互之间具有很好的兼容性，可方便用户快速更换产品。由于STM32F4的功耗低、成本低、开发简单而被大众所接受。尤其是随着中国物联网涉及领域的加大、加深，基于ARM Cortex™ -M的内核芯片被广泛地运用在智能家居、智慧交通、智能医疗、智能电网、物流、农业、安防等领域。相信未来基于ARM内核的芯片将会一枝独秀。

本书分两篇：基础入门篇（第1～11章）和进阶篇（第12～18章）。

入门篇包含：

第1章：ARM特性与MDK开发环境搭建，讲述ARM的特性及开发环境的搭建及驱动安装。

第2章：时钟模块配置，讲述ARM Cortex™ -M4内核的时钟特性及配置时钟。

第3章：GPIO输出功能配置（LED），讲述GPIO输出模式的运用。

第4章：GPIO输入功能配置，讲述GPIO输入模式的运用。

第5章：外部中断配置，讲述STM32F4芯片的EXIT的原理及运用。

第6章：看门狗配置，主要讲解看门狗的使用。

第7章：定时器配置，主要讲解通用定时器的原理及运用。

第8章：RTC实时时钟配置，主要实现开发套件在断电后，时钟能正常运行。

第9章：UART配置，主要讲述串口数据的发送及接收。

第10章：ADC配置，主要讲述ADC模数转换的原理及用法。

第11章：DAC配置，主要讲述DAC数模转换的原理及用法。

进阶篇包含：

第12章：PWM输出配置，为定时器章节的拓展部分。

第13章：输入捕获配置，为定时器章节的拓展部分。

第14章：TFT LCD配置，运用FSMC（静态存储控制器）驱动480×800像素点的显示屏。

第15章：IIC配置，主要讲述IIC通信协议与实现。

第16章：SPI配置，主要讲述SPI通信协议与实现。

第17章：485通信配置，主要讲述RS-485通信协议及实现。

第18章：CAN通信配置，主要讲述汽车常用总线CAN通信的实现。

本书的特点是理论与实践相结合，详细阐述了STM32F4开发所需要的基础知识。本书坚持“高视点”，根据物联网行业对ARM知识和技能的要求，以培养和训练读者编程和开发能力为目的，将ARM体系所涉及的理论与实践知识循序渐进、全面合理地介绍给读者。书中尽量展现细节，为读者提供一个完整的开发过程。给读者从理论学习到实践开发提供一个崭新的学习思路。

本书的编写者由北京航空航天大学林庆峰老师以及由北航毕业的博士后、硕士等为主力的武汉飞航科技有限公司和北京云班科技有限公司的研发人员组成，作者都有多年从事ARM与物联网开发方面的经验。本书的编写者除林庆峰、韩铮、叶贵强、奚海蛟外，还有来自北京云班科技有限公司与武汉飞航科技有限公司的众多工程师，他们是：杨金星、何贵忠、吴志雄、牛传涛、王飞、高志国、饶志刚、夏良师、孟明焘、徐艳龙、奚天麒、付盈、唐新梅。本书在编写过程中还得到了东莞市技师学院智能制造学院周军院长和张强主任的大力支持，在此深表感谢！本书所介绍和阐述的代码所涉及的全部实验设备均由武汉飞航科技有限公司提供。所介绍的实验案例均可在飞航的光标系列飞控上进行实验。

由于编者水平所限，并且时间仓促，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评指正。

为方便读者，阅读过程中有任何疑问可联系本书作者，联系微信号：feihangkeji2018或扫描以下二维码。

编 者

2019年5月

前言
基础入门篇

第1章 ARM特性与MDK开发环境搭建 2
1.1 ARM特性 2
1.2 MDK开发环境搭建 5
1.3 驱动安装 7
1.4 MDK开发环境使用 7
第2章 时钟模块配置 10
2.1 库函数工程搭建 10
2.2 时钟概述 14
2.2.1 STM32F4的时钟 15
2.2.2 时钟树的概念 15
2.3 时钟初始化配置实例 23
2.3.1 PLL时钟 23
2.3.2 AHB时钟 24
2.3.3 APB1和APB2时钟 24
第3章 GPIO输出功能配置（LED） 27
3.1 GPIO功能概述 27
3.2 GPIO相关寄存器 29
3.3 GPIO输出配置实例 34
第4章 GPIO输入功能配置 38
4.1 GPIO相关寄存器 38
4.2 GPIO输入功能配置实例 41
第5章 外部中断配置 44
5.1 外部中断功能概述 44
5.2 外部中断相关寄存器 46
5.3 外部中断配置实例 49
第6章 看门狗配置 55
6.1 看门狗功能概述 55
6.2 看门狗相关寄存器 55
6.3 看门狗配置实例 57
第7章 定时器配置 59
7.1 定时器功能概述 59
7.2 定时器相关寄存器 65
7.3 定时器配置实例 82
第8章 RTC实时时钟配置 86
8.1 RTC功能概述 86
8.2 RTC相关寄存器 89
8.3 RTC配置实例 92
第9章 UART配置 95
9.1 UART功能概述 95
9.2 UART相关寄存器 98
9.3 UART配置实例 108
第10章 ADC配置 113
10.1 ADC功能概述 113
10.1.1 ADC时钟 113
10.1.2 ADC的两种触发方式 114
10.1.3 DMA 116
10.2 ADC相关寄存器 116
10.3 ADC配置实例 123
第11章 DAC配置 125
11.1 DAC功能概述 125
11.2 DAC相关寄存器 128
11.3 DAC配置实例 136

进阶篇

第12章 PWM输出配置 140
12.1 PWM功能概述 140
12.2 PWM相关寄存器 142
12.3 PWM输出配置实例 146
第13章 输入捕获配置 149
13.1 输入捕获 149
13.2 输入捕获配置实例 150
第14章 TFT LCD配置 156
14.1 TFT LCD简介 156
14.1.1 液晶控制原理 156
14.1.2 液晶数据传输时序 157
14.1.3 液晶控制器简介 159
14.2 TFT LCD配置实例 167
第15章 IIC配置 170
15.1 IIC功能概述 170
15.1.1 IIC软件协议 170
15.1.2 硬件IIC 173
15.2 IIC相关寄存器 175
15.3 IIC配置实例 184
第16章 SPI配置 197
16.1 SPI功能概述 197
16.2 SPI相关寄存器 199
16.3 SPI配置实例 203
第17章 485通信配置 205
17.1 485通信 205
17.2 485通信配置实例 208
第18章 CAN通信配置 212
18.1 CAN通信简介 212
18.1.1 CAN协议层 214
18.1.2 帧的种类 215
18.2 CAN相关寄存器 219
18.3 CAN通信配置实例 226

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