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理论篇2

第1章 概述2

本章目标2

学习导航2

任务描述2

1.1 ARM体系概述2

1.1.1 ARM简介3

1.1.2 ARM架构的发展3

1.2 Cortex内核5

1.2.1 Cortex内核分类5

1.2.2 CM3内核特点6

1.3 CM3指令集6

1.3.1 Thumb指令集6

1.3.2 Thumb-2指令集7

1.4 STM32系列MCU7

1.4.1 STM32系列MCU分类8

1.4.2 STM32F107资源9

1.5 STM32固件库11

1.5.1 CMSIS含义11

1.5.2 STM32固件库简介12

1.5.3 STM32固件库结构12

1.5.4固件库命名规则13

1.5.5基于固件库的STM32F107程序设计14

1.6开发工具17

1.6.1 STM32F107开发工具介绍17

1.6.2流水灯示例18

小结23

练习23

第2章 STM32F107内核架构24

本章目标24

学习导航24

任务描述24

2.1内核架构25

2.1.1 CM3内核架构25

2.1.2 STM32F107架构26

2.2存储器组织27

2.3存储器映像29

2.3.1位带操作31

2.3.2位带计算方法31

2.4寄存器组33

2.4.1通用寄存器33

2.4.2特殊功能寄存器34

2.5堆栈34

2.5.1 CM3的堆栈34

2.5.2双堆栈机制35

2.6电源管理35

2.6.1电源35

2.6.2备份区域37

2.6.3电源管理器39

2.6.4低功耗模式41

2.7复位和启动配置41

2.7.1 CM3的复位机制42

2.7.2 RCC43

2.7.3 STM32F107的启动配置46

2.8时钟47

2.8.1时钟概述47

2.8.2系统时钟49

2.8.3时钟安全系统49

2.8.4 RTC时钟49

2.8.5时钟输出49

小结50

练习50

第3章 GPIO和AFIO52

本章目标52

学习导航52

任务描述52

3.1通用IO和复用功能53

3.1.1 GPIO概述53

3.1.2输入功能54

3.1.3输出功能55

3.1.4复用功能56

3.1.5模拟输入功能56

3.2复用功能IO重映射57

3.3 GPIO编程实例58

3.3.1 GPIO配置59

3.3.2 GPIO实例61

3.4 GPIO库函数62

小结63

练习64

第4章 NVIC和EXTI65

本章目标65

学习导航65

任务描述65

4.1 CM3异常和中断系统66

4.1.1嵌套向量中断控制器66

4.1.2中断优先级66

4.1.3抢占优先级与从优先级67

4.1.4中断输入与悬起67

4.1.5中断响应序列68

4.1.6中断返回69

4.1.7中断嵌套69

4.1.8 CM3特殊中断机制69

4.1.9 SysTick定时器69

4.2中断向量70

4.2.1（异常）向量表70

4.2.2 stm32f10x_ it.c文件78

4.3 NVIC库函数配置80

4.3.1 NVIC配置80

4.3.2 NVIC库函数84

4.4外部中断/事件控制器85

4.4.1功能说明85

4.4.2外部中断/事件线路映像86

4.5 EXTI库函数配置88

4.5.1 EXTI配置88

4.5.2 EXTI库函数90

4.6中断应用实例91

4.6.1 main函数91

4.6.2中断服务函数93

4.6.3程序验证94

小结94

练习94

第5章 定时器（TIM）96

本章目标96

学习导航96

任务描述96

5.1 STM32F107定时器概述97

5.2高级和通用定时器97

5.2.1主要特性98

5.2.2时钟源98

5.2.3时基单元99

5.3计数模式100

5.3.1计数模式工作方式101

5.3.2计数模式时序101

5.3.3计数模式配置102

5.3.4库函数TIM_TimeBaseInit（）103

5.4捕获/比较通道104

5.5输出模式105

5.5.1 PWM模式105

5.5.2 PWM模式配置106

5.5.3输出比较模式110

5.5.4单脉冲模式111

5.6输入模式111

5.6.1输入捕获模式111

5.6.2 PWM输入模式114

5.6.3定时器输入异或功能115

5.6.4 TIMx定时器和外部触发的同步115

5.6.5定时器同步115

5.7电机控制116

5.7.1互补输出和死区插入116

5.7.2使用刹车功能116

5.7.3产生六步PWM输出116

5.7.4与霍尔传感器的接口116

5.8基本定时器TIM6和TIM7117

5.8.1主要特性117

5.8.2时钟源117

5.8.3时基单元117

5.8.4预分频器118

5.8.5计数模式118

5.9定时器库函数118

小结122

练习123

第6章 看门狗（WDG）124

本章目标124

学习导航124

任务描述124

6.1看门狗概述125

6.2独立看门狗125

6.2.1 IWDG的功能描述125

6.2.2 IWDG的配置127

6.2.3 IWDG库函数128

6.3窗口看门狗128

6.3.1 WWDG的功能描述128

6.3.2 WWDG的配置130

6.3.3 WWDG库函数131

小结131

练习132

第7章 通用同步/异步收发器（USART）133

本章目标133

学习导航133

任务描述133

7.1 USART的功能描述134

7.1.1 USART的主要特性134

7.1.2 STM32F107的USART134

7.2 USART异步模式136

7.2.1分数波特率136

7.2.2数据位和校验位138

7.2.3发送器138

7.2.4接收器139

7.2.5 DMA传输139

7.2.6中断请求139

7.2.7异步模式配置140

7.3 USART同步模式142

7.4 LIN模式144

7.5 USART编程实例145

7.5.1 USART2管脚配置145

7.5.2 USART2配置146

7.5.3 USART实例147

7.6 USART库函数148

小结150

练习150

第8章 直接存储器访问（DMA）151

本章目标151

学习导航151

任务描述151

8.1 DMA的功能描述152

8.1.1 DMA的结构及特性152

8.1.2 DMA通道153

8.1.3 DMA传送154

8.1.4仲裁器和优先级154

8.1.5循环模式154

8.1.6存储器到存储器模式155

8.1.7 DMA中断155

8.1.8指针增量155

8.2 DMA编程实例155

8.2.1 DMA配置步骤155

8.2.2 DMA配置156

8.2.3 DMA实例159

8.3 DMA库函数164

小结164

练习165

第9章 控制器局域网络（CAN）166

本章目标166

学习导航166

任务描述166

9.1 CAN总线167

9.1.1 CAN总线简介167

9.1.2 CAN总线技术规范168

9.1.3 CAN帧169

9.1.4总线仲裁171

9.2 STM32F107的bxCAN172

9.2.1 bxCAN的工作模式172

9.2.2 bxCAN的调试模式173

9.2.3出错管理174

9.2.4离线恢复175

9.2.5位时间特性175

9.2.6波特率的计算176

9.2.7 bxCAN配置176

9.3发送处理179

9.3.1发送优先级179

9.3.2中止179

9.3.3禁止自动重传模式179

9.3.4发送配置180

9.4接收管理181

9.4.1有效报文181

9.4.2 FIFO管理181

9.4.3溢出182

9.4.4接收相关的中断182

9.4.5接收配置182

9.5 bxCAN标识符过滤183

9.5.1 bxCAN过滤器组183

9.5.2过滤器组的配置185

9.6 bxCAN中断187

9.7 bxCAN编程实例188

9.7.1主函数188

9.7.2中断服务函数191

9.7.3运行结果191

9.8 bxCAN库函数193

小结194

练习194

第10章 ADC和DAC195

本章目标195

学习导航195

任务描述195

10.1模拟/数字转换器（ADC）196

10.1.1 ADC功能简介196

10.1.2 ADC管脚分布和输入源197

10.1.3通道选择199

10.1.4 ADC中断199

10.1.5 DMA请求199

10.1.6模拟看门狗200

10.2 ADC的工作模式200

10.2.1转换模式201

10.2.2扫描模式201

10.2.3间断模式201

10.2.4注入通道管理201

10.2.5数据对齐202

10.2.6通道采样时间202

10.2.7外部触发转换203

10.3 ADC编程实例203

10.3.1 ADC配置203

10.3.2 ADC实例207

10.4双ADC模式208

10.4.1同步注入模式209

10.4.2同步规则模式209

10.4.3快速交叉模式209

10.4.4慢速交叉模式209

10.4.5交替触发模式210

10.4.6同步注入模式+同步规则模式210

10.4.7同步规则模式+交替触发模式210

10.4.8同步注入模式+交叉模式210

10.5数字/模拟转换器（DAC）211

10.5.1 DAC功能简介211

10.5.2 DAC转换212

10.5.3 DAC输出电压212

10.5.4 DAC数据格式212

10.5.5选择DAC触发213

10.5.6 DMA请求213

10.6 DAC输出模式214

10.6.1噪声生成214

10.6.2三角波生成214

10.7 DAC编程实例214

10.7.1 DAC配置214

10.7.2 DAC实例217

小结218

练习219

第11章 串行外设接口（SPI）220

本章目标220

学习导航220

任务描述220

11.1 SPI简介221

11.2 SPI的功能和特点221

11.3 SPI管脚222

11.4 SPI的数据发送与接收222

11.4.1接收与发送缓冲器223

11.4.2主模式下的数据传输223

11.4.3从模式下的数据传输223

11.4.4处理数据的发送与接收224

11.5 SPI时钟信号的相位和极性224

11.6 SPI的从设备选择225

11.7 CRC计算225

11.8 SPI的DMA226

11.9 SPI中断227

11.10 SPI编程实例227

11.10.1 SPI配置227

11.10.2 SPI实例231

小结237

练习238

第12章 通用串行总线（USB）239

本章目标239

学习导航239

任务描述239

12.1 USB简介240

12.1.1 USB版本240

12.1.2 USB接口241

12.1.3总线结构241

12.1.4 USB接口HID设备242

12.1.5 USB OTG243

12.2 USB协议基础243

12.2.1 USB逻辑组织243

12.2.2包244

12.2.3事务246

12.2.4描述符247

12.2.5枚举249

12.3 STM32F107的USB OTG249

12.3.1通用功能250

12.3.2 OTG全速控制器251

12.3.3全速OTG PHY（物理接口）251

12.3.4 ID信号检测252

12.3.5上电状态252

12.3.6软件断开252

12.3.7默认状态253

12.3.8挂起状态253

12.3.9设备端点253

12.3.10端点配置254

12.3.11端点传输254

12.3.12端点状态/中断254

12.3.13设备SOF255

12.3.14供电选项255

12.3.15 USB数据FIFO256

12.3.16 OTG_FS中断256

12.4 USB OTG固件库256

12.4.1 ST USB固件库的文档结构256

12.4.2 USB开发模板258

12.5 HID类设备开发模板260

12.5.1开发模板修改260

12.5.2主要函数261

小结263

练习264

第13章 以太网（ETH）265

本章目标265

学习导航265

任务描述265

13.1 ETH简介266

13.1.1以太网物理层266

13.1.2以太网的工作方式267

13.1.3帧结构267

13.1.4冲突/冲突域268

13.1.5 IEEE 802.3268

13.1.6 IEEE 1588268

13.2 STM32F107的ETH269

13.2.1 MAC控制器的功能269

13.2.2 DMA功能270

13.2.3 PTP功能271

13.2.4以太网模块的管脚和内部信号271

13.2.5以太网模块功能描述：RMII272

13.2.6以太网模块功能描述：MAC 802.3273

13.2.7 MAC中断273

13.2.8精确时间协议（IEEE 1588 PTP）274

13.2.9以太网功能描述：DMA控制器操作274

13.3 LWIP协议栈274

13.3.1 LWIP的特性275

13.3.2 LWIP的结构275

13.4建立ETH模板275

13.4.1官方ETH固件库276

13.4.2修改ETH固件库276

小结282

练习282

第14章 嵌入式界面（μC/GUI）283

本章目标283

学习导航283

任务描述283

14.1 μC/GUI简介284

14.1.1 μC/GUI特点284

14.1.2 μC/GUI文件结构285

14.1.3 μC/GUI层次结构286

14.2 μC/GUI功能286

14.2.1文本显示287

14.2.2数值显示288

14.2.3 2-D图形库288

14.2.4字体290

14.2.5颜色290

14.2.6存储设备292

14.2.7视窗管理器292

14.2.8窗口对象294

14.2.9对话框303

14.3 μC/GUI移植305

小结308

练习308

第15章 嵌入式操作系统（μC/OS-Ⅱ）309

本章目标309

学习导航309

任务描述309

15.1嵌入式系统程序设计310

15.1.1嵌入式系统程序设计特点310

15.1.2嵌入式系统程序结构311

15.1.3模块化程序设计312

15.1.4嵌入式操作系统312

15.2 μC/OS-Ⅱ简介313

15.3 μC/OS- Ⅱ的时钟和中断314

15.3.1 μC/OS-Ⅱ的时钟315

15.3.2 μC/OS-Ⅱ的时间管理315

15.3.3临界段316

15.3.4 μC/OS-Ⅱ的中断过程316

15.4 μC/OS-Ⅱ的任务317

15.4.1任务317

15.4.2任务的优先级318

15.4.3任务的状态319

15.4.4任务堆栈319

15.4.5任务控制块320

15.4.6任务调度320

15.4.7任务建立320

15.5 μC/OS- Ⅱ任务的同步与通信322

15.5.1任务间的同步322

15.5.2事件323

15.5.3信号量323

15.5.4互斥型信号量326

15.5.5消息邮箱327

15.5.6消息队列330

15.5.7信号量集330

15.6 μC/OS- Ⅱ内存管理331

15.7 μC/OS- Ⅱ的裁剪331

小结332

练习333

第16章 物联网网关程序设计334

本章目标334

学习导航334

任务描述334

16.1物联网网关335

16.1.1物联网335

16.1.2网关335

16.1.3物联网网关335

16.1.4 Zigbee无线传感网336

16.2网关功能设计337

16.2.1 CC2530模块337

16.2.2网关协议转换337

16.2.3 Zigbee通信协议337

16.2.4网关功能设计338

16.3网关界面设计338

16.3.1网关界面资源表338

16.3.2回调函数339

16.4网关任务设计341

16.4.1网关任务342

16.4.2任务间同步346

16.5网关中断设计347

16.6网关实例349

16.6.1主函数编写349

16.6.2网关软件界面352

16.6.3网关串口输出353

小结353

练习354

实践篇356

实践1概述356

实践指导356

实践1.G. 1356

实践1.G.2359

实践1.G.3360

实践1.G.4362

知识拓展368

实践2 STM32F107内核架构372

实践指导372

实践2.G. 1372

实践2.G.2373

实践2.G.3375

实践2.G.4381

知识拓展384

实践3 通用GPIO和复用AFIO388

实践指导388

实践3.G. 1388

知识拓展391

实践4 NVIC和EXTI393

实践指导393

实践4.G.1393

实践4.G.2396

实践4.G.3399

知识拓展405

实践5 定时器（TIM）407

实践指导407

实践5.G. 1407

实践5.G.2410

实践5.G.3414

实践6 看门狗（DWG）418

实践指导418

实践6.G. 1418

实践6.G.2420

实践7 通用同步/异步收发器（USART）424

实践指导424

实践7.G. 1424

实践7.G.2426

实践8 直接存储器访问（DMA）429

实践指导429

实践8.G.1429

实践9 控制局域网络（CAN）432

实践指导432

实践9.G..1432

实践9.G.2433

实践10 ADC和DAC442

实践指导442

实践10.G. 1442

实践10.G.2443

实践11 串行外设接口（SPI）449

实践指导449

实践11.G.1449

实践11.G. 2450

实践12通用串行总线（USB）453

实践指导453

实践12.G.1453

实践12.G.2454

实践13以太网（ETH）466

实践指导466

实践13.G.1466

实践13.G.2468

实践14嵌入式界面（μC/GUI）476

实践指导476

实践14.G.1476

实践14.G.2477

实践14.G.3.480

实践15嵌入式操作系统（μC/OS-Ⅱ）484

实践指导484

实践15.G.1484

实践15.G.2486

实践16物联网网关程序设计489

实践指导489

实践16.G.1489

附录A STM32F107管脚定义504

附录B STM32F107中断映射509

附录C 复用功能的GPIO配置512

附录D STM32F107重映射515