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本書詳細闡述了基于ARM Cortex-M4內核的STM32F407微控制器嵌入式系統(tǒng)硬件設計方法和軟件開發(fā)技術。全書共有十八章，劃分為三篇：第一篇（第1~3章）為系統(tǒng)平臺，講述嵌入式系統(tǒng)定義、嵌入式硬件平臺和軟件環(huán)境配置與使用入門。第二篇（第4~10章）為基本外設，分別對STM32嵌入式系統(tǒng)最常用的外設模塊進行介紹，包括GPIO、中斷、定時器、PWM和嵌入式系統(tǒng)接口技術。第三篇（第11~18章）為擴展外設，分別對STM32嵌入式系統(tǒng)高級外設模塊和典型傳感器進行講解，包括USART、SPI、W25Q128、IIC、EEPROM 、ADC、DMA、DAC、RTC和DHT11等。

2020年1月，作者出版了《ARM CortexM3嵌入式原理及應用基于STM32F103微控制器》。該書自出版以來，被國內百余所高校選為教材，年銷萬余冊，并先后榮獲清華大學出版社暢銷圖書、科技類最受讀者歡迎圖書和蘇州大學精品教材等榮譽稱號，獲得讀者的普遍好評，令作者深受鼓舞，決定再編著一部既注重入門，又兼顧提高的嵌入式系統(tǒng)項目式教材。

1．出版背景

青山遮不住，畢竟東流去！雖然我們已經(jīng)積累了大量的經(jīng)典的8位單片機(如MCS51)、16位單片機(如MSP430)的技術資料，但是復雜的指令、較低的主頻、有限的存儲空間、極少的片上外設，使其在面對復雜應用時，捉襟見肘，難以勝任。8位、16位單片機的應用不會就此結束，32位處理器時代已經(jīng)到來。

在這個大環(huán)境下，ARM CortexM處理器轟轟烈烈地誕生了！它性能更強、功耗更低、易于使用。許多曾經(jīng)只能求助于高級32位處理器或DSP的軟件設計，都能在ARM CortexM處理器上跑得很快。按照ARM公司的經(jīng)營策略，公司只負責設計處理器IP核，而不生產(chǎn)和銷售具體的處理器芯片。在諸多半導體制造商中，意法半導體(ST Microelectronics)公司較早在市場上推出基于ARM CortexM內核的微控制器產(chǎn)品，其根據(jù)ARM CortexM內核設計生產(chǎn)的STM32微控制器充分發(fā)揮了低成本、低功耗、高性價比的優(yōu)勢，以系列化的方式推出，方便用戶選擇，受到了廣泛的好評。在眾多STM32微控制器產(chǎn)品中，基于ARM CortexM3內核的STM32F103微控制器和基于ARM CortexM4內核的STM32F407微控制器較為用戶所了解，市場占有率很高，很多嵌入式教材也是以二者之一為藍本進行講解的。相比于STM32F103微控制器，STM32F407在內核、資源、外設、性能、功耗等多方面均有較大增強，而二者價格相差并不大，所以本書選擇以STM32F407為背景機型進行講解。

STM32支持的四種開發(fā)方式中的寄存器開發(fā)方式和LL庫開發(fā)方式較少使用，嵌入式軟件工程師往往會在標準庫開發(fā)方式和HAL庫開發(fā)方式之間艱難抉擇。近年來，隨著硬件性能逐步提升和STM32CubeMX軟件的更新升級，HAL庫開發(fā)方式的高效、便捷和通用性得到進一步的彰顯，選擇的天平逐漸傾向于HAL庫開發(fā)方式。作者實踐和比較了兩種開發(fā)方式之后，發(fā)現(xiàn)HAL庫開發(fā)方式較標準庫開發(fā)方式可以明顯減少代碼量，大幅降低編程人員翻閱數(shù)據(jù)手冊的頻率，研發(fā)周期大幅縮短，可靠性顯著提升。雖然HAL庫開發(fā)方式不是完美無瑕，但利遠大于弊，它是未來嵌入式開發(fā)的技術方向，也是STM32官方主推的開發(fā)方式。所以，本書介紹的軟件設計是基于圖形化配置工具STM32CubeMX的HAL庫開發(fā)，這是當前技術主流，具有一定的前瞻性。

2．內容簡介

針對上述情況，作者根據(jù)多年的嵌入式系統(tǒng)教學和開發(fā)經(jīng)驗編寫了本書，試圖做到循序漸進，理論與實踐并重，共性與個性兼顧，將嵌入式系統(tǒng)的理論知識和基于ARM CortexM4內核的STM32F407微控制器的實際開發(fā)相結合。

全書共18章，劃分為以下三篇。

第一篇(第1~3章)為系統(tǒng)平臺。第1章介紹了嵌入式系統(tǒng)定義、ARM內核以及基于ARM CortexM4內核的STM32微控制器；第2章對STM32F407微控制器和開發(fā)板硬件平臺各模塊進行詳細介紹；第3章介紹STM32軟件環(huán)境配置與使用入門。

第二篇(第4~10章)為基本外設，分別對STM32嵌入式系統(tǒng)最常用外設模塊進行介紹。第4章講解通用輸入輸出端口；第5章講解LED流水燈與SysTick定時器；第6章講解按鍵輸入與蜂鳴器；第7章講解FSMC總線與雙顯示終端；第8章講解中斷系統(tǒng)與基本應用；第9章講解基本定時器；第10章講解通用定時器。

第三篇(第11~18章)為擴展外設，分別對STM32嵌入式系統(tǒng)高級外設模塊進行介紹。第11章講解串行通信接口USART；第12章講解SPI與字庫存儲；第13章講解I2C接口與EEPROM；第14章講解模/數(shù)轉換與光照傳感器；第15章講解直接存儲器訪問；第16章講解數(shù)/模轉換器；第17章講解位帶操作與溫濕度傳感器；第18章講解RTC與藍牙通信。

無論是基本外設，還是擴展外設，從第4章開始到第18章結束，每一章先對理論知識進行講解，然后引入項目實例，給出項目實施具體步驟，項目可以在課堂完成。整個教學理論與實踐一體，學中做，做中學。

3．本書特色

(1) 以學生認知過程為導向，設計本書邏輯，組織章節(jié)內容。先硬件后軟件，由淺入深，循序漸進；遵循理論夠用，重在實踐，容易上手的原則，培養(yǎng)學習興趣，激發(fā)學習動力。

(2) 項目引領，任務驅動，教學做一體，注重學生工程實踐能力的培養(yǎng)。對于每個典型外設模塊，在簡明扼要地闡述原理的基礎上，圍繞其應用，以案例的形式討論其設計精髓，并在書中給出了完整的工程案例。

(3) 傳承51經(jīng)典，發(fā)揚ARM長處，助推MCU升級。ARM嵌入式系統(tǒng)實際上是8位單片機的升級擴展，但是其高性能必然對應高復雜度。借助8位單片機共性的理念、方法和案例，有助于提升讀者學習興趣，使其輕松入門嵌入式開發(fā)。

4．配套資源

不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。學習新東西時，沒有什么比實踐更重要的了！為此，作者從硬件和軟件兩個方面為讀者創(chuàng)建了良好的實踐環(huán)境。

在硬件方面，本書設計了如下模塊： ①板載CMSISDAP調試器； ②使用FSMC總線同時連接數(shù)碼管和TFT LCD； ③獨立按鍵/矩陣鍵盤切換電路； ④使用片外SPI Flash芯片存儲中文字庫。讀者可直接購買本書配套開發(fā)板，也可以將本書項目移植到已有開發(fā)板，還可以自主設計開發(fā)板。

在軟件方面，本書提供了配套實例的程序代碼，便于讀者開發(fā)驗證。此外，本書還提供了教學課件、教學大綱、實驗素材等教學資源。

5．致謝

在本書的撰寫過程中參閱了許多資料，在此對所參考書籍的作者表示誠摯的感謝。本書在編寫過程中引用了互聯(lián)網(wǎng)上最新資訊及報道，在此向原作者和刊發(fā)機構表示真摯的謝意，并對不能一一注明來源深表歉意。對于收集到的沒有標明出處或找不到出處的共享資料，以及一些進行加工、修改后納入本書的資料，在此鄭重聲明，本書內容僅用于教學，其著作權屬于原作者，并向他們表示致敬和感謝。

在本書的編寫過程中，作者得到了家人的理解和幫助，并且一直得到清華大學出版社盛東亮老師和鐘志芳老師的關心和大力支持，清華大學出版社的工作人員也付出了辛勤的勞動，在此謹向支持和關心本書編著的家人、同仁和朋友一并致謝。

由于嵌入式技術發(fā)展日新月異，加之作者水平有限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。如果讀者對本書有任何意見、建議和想法，或希望獲取本書配套開發(fā)板的更多技術支持，請與作者聯(lián)系。

作者2024年2月

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