嵌入式系统设计与全案例实践 李正军 李潇然 著 专业科技 文轩网

前言 第1章 绪论1 1.1 嵌入式系统1 1.1.1 嵌入式系统概述2 1.1.2 嵌入式系统和通用计算机系统的 比较3 1.1.3 嵌入式系统的特点3 1.2 嵌入式系统的组成4 1.3 嵌入式系统的软件6 1.3.1 无操作系统的嵌入式软件6 1.3.2 带操作系统的嵌入式软件7 1.3.3 嵌入式操作系统的分类7 1.3.4 嵌入式实时操作系统的功能8 1.3.5 典型嵌入式操作系统9 1.3.6 软件架构选择建议12 1.4 嵌入式系统的分类12 1.4.1 按应用对象的分类12 1.4.2 按功能和性能的分类13 1.4.3 按结构复杂度的分类13 1.5 嵌入式系统的应用领域14 1.6 嵌入式微处理器的分类14 1.6.1 嵌入式微处理器15 1.6.2 嵌入式微控制器15 1.6.3 嵌入式DSP15 1.6.4 嵌入式SoC15 第2章 STM32嵌入式微控制器与最小 系统设计16 2.1 STM32微控制器概述16 2.1.1 STM32 微控制器产品线17 2.1.2 STM32微控制器的命名规则19 2.1.3 STM32微控制器的选型22 2.2 STM32F1系列产品系统架构和 STM32F103ZET6内部架构23 2.2.1 STM32F1系列产品系统架构24 2.2.2 STM32F103ZET6内部架构26 2.3 STM32F103ZET6的存储器映像28 2.3.1 STM32F103ZET6内置外设的地址 范围30 2.3.2 嵌入式SRAM31 2.3.3 嵌入式Flash31 2.4 STM32F103ZET6的时钟结构32 2.5 STM32F103VET6的引脚35 2.6 STM32F103VET6 最小系统设计39 2.7 学习STM32的方法41 第3章 嵌入式开发环境的搭建43 3.1 Keil MDK5安装配置43 3.1.1 Keil MDK简介43 3.1.2 MDK下载45 3.1.3 MDK安装47 3.1.4 安装库文件48 3.2 Keil MDK下新工程的创建49 3.2.1 建立文件夹49 3.2.2 打开Keil μVision50 3.2.3 新建工程50 3.3 J-Link驱动安装53 3.3.1 J-Link简介53 3.3.2 J-Link驱动安装53 3.4 Keil MDK5调试方法55 3.4.1 进入调试模式55 3.4.2 调试界面介绍55 3.4.3 变量查询功能57 3.4.4 断点功能58 3.4.5 结束调试模式60 3.5 STM32F103开发板的选择60 3.6 STM32仿真器的选择63 第4章 STM32通用输入/输出接口及其 应用65 4.1 STM32通用输入/输出接口概述65 4.2 STM32的GPIO功能66 4.2.1 普通I/O功能66 4.2.2 单独的位设置或位清除67 4.2.3 外部中断/唤醒线67 4.2.4 复用功能（AF）67 4.2.5 软件重新映射I/O复用功能67 4.2.6 GPIO锁定机制67 4.2.7 输入配置67 4.2.8 输出配置68 4.2.9 复用功能配置69 4.2.10 模拟输入配置69 4.3 STM32的GPIO常用库函数69 4.4 STM32的GPIO使用流程70 4.4.1 普通GPIO配置71 4.4.2 复用功能I/O配置71 4.5 STM32的GPIO按键输入应用 实例71 4.5.1 按键输入硬件设计71 4.5.2 按键输入软件设计71 4.6 STM32的GPIO LED输出应用 实例74 4.6.1 LED输出硬件设计74 4.6.2 LED输出软件设计75 第5章 STM32中断系统与按键中断 设计实例77 5.1 中断的基本概念77 5.1.1 中断的定义77 5.1.2 中断的应用78 5.1.3 中断源与中断屏蔽78 5.1.4 中断处理过程79 5.1.5 中断优先级与中断嵌套80 5.2 STM32F103中断系统80 5.2.1 嵌套向量中断控制器80 5.2.2 STM32F103中断优先级81 5.2.3 STM32F103中断向量表82 5.2.4 STM32F103中断服务函数84 5.3 STM32F103外部中断/事件 控制器84 5.3.1 STM32F103 EXTI内部结构85 5.3.2 STM32F103 EXTI工作原理86 5.3.3 STM32F103 EXTI主要特性87 5.4 STM32F10x的中断系统库函数87 5.5 STM32外部中断设计流程88 5.5.1 NVIC 设置88 5.5.2 中断端口配置89 5.5.3 中断处理90 5.6 STM32的外部中断设计实例91 5.6.1 STM32的外部中断硬件设计91 5.6.2 STM32的外部中断软件设计91 第6章 STM32定时器系统与PWM97 6.1 STM32F103定时器概述97 6.2 STM32基本定时器98 6.2.1 基本定时器简介98 6.2.2 基本定时器的主要功能98 6.2.3 基本定时器的功能描述98 6.3 STM32通用定时器101 6.3.1 通用定时器简介101 6.3.2 通用定时器的主要功能101 6.3.3 通用定时器的功能描述101 6.3.4 通用定时器的工作模式105 6.4 STM32高级控制定时器105 6.4.1 高级控制定时器简介105 6.4.2 高级控制定时器的主要功能106 6.4.3 高级控制定时器的结构106 6.5 STM32定时器库函数106 6.6 STM32定时器应用实例108 6.6.1 STM32的通用定时器配置流程108 6.6.2 STM32的定时器应用硬件设计110 6.6.3 STM32的定时器应用软件设计110 6.7 STM32 PWM输出应用实例112 6.7.1 PWM输出硬件设计114 6.7.2 PWM输出软件设计114 6.8 看门狗定时器116 6.8.1 看门狗应用介绍116 6.8.2 独立看门狗116 6.8.3 窗口看门狗117 6.8.4 看门狗操作相关的库函数118 6.8.5 独立看门狗程序设计119 6.8.6 窗口看门狗程序设计120 第7章 STM32 USART及其应用124 7.1 STM32的USART工作原理124 7.1.1 USART介绍124 7.1.2 USART的主要功能124 7.1.3 USART的功能描述125 7.2 STM32的USART 库函数127 7.3 STM32的USART串行通信应用 实例127 7.3.1 STM32的USART基本配置流程128 7.3.2 STM32的USART串行通信应用 硬件设计129 7.3.3 STM32的USART串行通信应用 软件设计130 第8章 STM32 SPI与铁电存储器 接口应用实例135 8.1 STM32的SPI通信原理135 8.1.1 SPI概述135 8.1.2 SPI互连137 8.2 STM32F103的SPI工作原理138 8.2.1 SPI的主要功能138 8.2.2 SPI的内部结构138 8.2.3 时钟信号的相位和极性139 8.2.4 数据帧格式141 8.2.5 配置SPI为主模式141 8.3 STM32的SPI库函数141 8.4 STM32的SPI串行总线应用 实例142 8.4.1 STM32的SPI配置流程142 8.4.2 SPI与MB85RS16铁电存储器 接口的硬件设计143 8.4.3 SPI与MB85RS16铁电存储器 接口的软件设计144 第9章 STM32 I2C与日历时钟接口 应用实例148 9.1 STM32的I2C通信原理148 9.1.1 I2C总线概述148 9.1.2 I2C总线的数据传送149 9.2 STM32F103的I2C接口152 9.2.1 STM32F103的I2C主要功能152 9.2.2 STM32F103的I2C内部结构152 9.3 STM32F103的I2C库函数153 9.4 STM32的I2C控制器应用实例154 9.4.1 STM32的I2C配置流程155 9.4.2 I2C与日历时钟PCF2129接口的 硬件设计155 9.4.3 I2C与日历时钟PCF2129接口的 软件设计156 第10章 STM32模-数转换器（ADC） 及其应用168 10.1 STM32F103ZET6集成的ADC 模块168 10.1.1 STM32的ADC的主要功能168 10.1.2 STM32的ADC模块结构169 10.1.3 STM32的ADC 配置169 10.1.4 STM32的ADC应用特征172 10.2 STM32的ADC库函数175 10.3 STM32的ADC应用实例176 10.3.1 STM32的ADC配置流程176 10.3.2 STM32的ADC应用硬件设计177 10.3.3 STM32的ADC应用软件设计177 第11章 STM32 DMA及其应用181 11.1 STM32 DMA的基本概念181 11.2 STM32 DMA的结构和主要 功能182 11.3 STM32 DMA的功能描述183 11.3.1 DMA处理183 11.3.2 仲裁器183 11.3.3 DMA通道184 11.3.4 DMA中断185 11.4 STM32的DMA库函数185 11.5 STM32的DMA应用实例185 11.5.1 STM32的DMA配置流程186 11.5.2 STM32的DMA应用硬件设计187 11.5.3 STM32的DMA应用软件设计187 第12章 STM32 CAN总线系统设计193 12.1 CAN的特点193 12.2 STM32的CAN总线概述193 12.2.1 bxCAN的主要特点194 12.2.2 CAN物理层特性196 12.2.3 CAN的位时序199 12.2.4 STM32的CAN控制器200 12.2.5 STM32的CAN过滤器201 12.3 STM32的bxCAN工作模式202 12.3.1 初始化模式202 12.3.2 正常模式202 12.3.3 睡眠模式（低功耗）203 12.4 STM32的bxCAN测试模式203 12.4.1 静默模式203 12.4.2 环回模式204 12.5 STM32的bxCAN功能描述204 12.5.1 CAN发送流程204 12.5.2 CAN接收流程205 12.5.3 STM32的CAN位时间特性206 12.6 STM32的CAN总线操作206 12.7 STM32的CAN通信应用实例207 12.7.1 STM32的CAN通信应用 硬件设计207 12.7.2 STM32的CAN通信应用 软件设计207 第13章 人机接口和DGUS屏的 应用开发214 13.1 独立式键盘接口设计214 13.1.1 键盘的特点及确认214 13.1.2 独立式按键扩展实例215 13.2 矩阵式键盘接口设计216 13.2.1 矩阵式键盘工作原理216 13.2.2 按键的识别方法216 13.2.3 键盘的编码217 13.3 LED显示器接口设计217 13.3.1 LED显示器的结构217 13.3.2 LED显示器的扫描方式218 13.4 DGUS彩色液晶显示屏的开发220 13.4.1 屏存储空间221 13.4.2 硬件配置文件224 13.4.3 DGUS组态软件安装225 13.4.4 软件使用说明226 13.4.5 工程下载237 13.4.6 DGUS彩色液晶显示屏显示变量 配置方法及其指令详解238 第14章 旋转编码器的设计242 14.1 旋转编码器的接口设计242 14.1.1 旋转编码器的工作原理242 14.1.2 旋转编码器的接口电路设计242 14.1.3 旋转编码器的时序分析243 14.2 呼吸机按键与旋转编码器程序 结构244 14.3 按键扫描与旋转编码器中断 检测程序246 14.3.1 KEY1与KEY5的按键扫描程序246 14.3.2 KEY2与KEY3的中断检测程序258 14.4 键值存取程序261 14.4.1 环形FIFO键值缓冲区261 14.4.2 键值存取程序263 第15章 CAN通信转换器的设计269 15.1 CAN 总线收发器269 15.1.1 PCA82C250/251CAN总线收发器269 15.1.2 TJA1051 CAN总线收发器270 15.2 CAN通信转换器概述271 15.3 CAN通信转换器微控制器主 电路的设计272 15.4 CAN通信转换器UART驱动 电路的设计273 15.5 CAN通信转换器CAN总线 隔离驱动电路的设计273 15.6 CAN通信转换器USB接口 电路的设计274 15.7 CAN通信转换器的程序设计274 第16章 电力网络仪表设计实例287 16.1 PMM2000系列电力网络仪表 概述287 16.2 PMM2000系列电力网络仪表的 硬件设计288 16.2.1 主板的硬件电路设计288 16.2.2 电压输入电路的硬件设计288 16.2.3 电流输入电路的硬件设计292 16.2.4 RS485通信电路的硬件设计292 16.2.5 4～20mA模拟信号输出的硬件 电路设计296 16.3 周期和频率测量300 16.4 STM32F103VBT6初始化程序302 16.4.1 NVIC中断初始化程序302 16.4.2 GPIO初始化程序303 16.4.3 ADC初始化程序307 16.4.4 DMA初始化程序309 16.4.5 定时器初始化程序310 16.5 PMM2000系列电力网络仪表的 算法313 16.6 LED数码管动态显示程序 设计314 16.6.1 LED数码管段码表314 16.6.2 LED指示灯状态编码表314 16.6.3 1ms系统滴答定时器中断服务 程序316 16.7 PMM2000系列电力网络仪表在 数字化变电站中的应用318 16.7.1 应用领域318 16.7.2 iMeaCon数字化变电站后台计算机 监控网络系统318 第17章 嵌入式控制系统设计320 17.1 嵌入式控制系统的结构320 17.2 嵌入式控制系统软件概述322 17.2.1 嵌入式控制系统应用软件的分层 结构322 17.2.2 嵌入式控制系统软件的设计 策略323 17.2.3 嵌入式控制系统软件的功能和 性能指标324 17.3 8通道模拟量输入智能测控 模块（8AI）的设计325 17.3.1 8通道模拟量输入智能测控模块的 功能概述325 17.3.2 智能测控模块微控制器主电路 设计326 17.3.3 8AI模拟量输入模块A/D采样 电路设计326 17.3.4 8AI模拟量输入模块切换电路 设计329 17.3.5 8AI模拟量输入模块电源电路 设计329 17.4 8通道热电偶输入智能测控 模块（8TC）的设计330 17.4.1 8通道热电偶输入智能测控模块的 功能概述330 17.4.2 8TC热电偶输入模块A/D采样 电路设计331 17.4.3 8TC热电偶输入模块通道切换电路 设计335 17.4.4 热电偶冷端补偿电路设计335 17.5 4通道热电阻输入智能测控 模块（4RTD）的设计337 17.5.1 4通道热电阻输入智能测控模块的 功能概述337 17.5.2 4RTD热电阻输入模块A/D采样 电路设计337 17.5.3 4RTD热电阻输入模块通道切换 电路设计339 17.6 4通道模拟量输出智能测控 模块（4AO）的设计340 17.6.1 4通道模拟量输出智能测控模块的 功能概述340 17.6.2 4AO模拟量输出模块D-A转换 电路设计340 17.6.3 4AO模拟量输出模块V-I转换电路 设计340 17.7 8通道数字量输入智能测控 模块（8DI）的设计342 17.7.1 8通道数字量输入智能测控模块的 功能概述342 17.7.2 8DI数字量输入模块检测电路 设计342 17.8 8通道数字量输出智能测控 模块（8DO）的设计344 17.8.1 8通道数字量输出智能测控模块的 功能概述344 17.8.2 8DO数字量输出模块集电极开路 输出电路设计344 17.9 嵌入式控制系统的软件平台346 17.9.1 软件平台的选择346 17.9.2 μC/OS-Ⅱ内核调度基本原理346 参考文献349