PIC全系列单片机原理与开发 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国科学技术大学出版社

作者:蔡纯洁 编

出品人:

页数:721

译者:

出版时间:2003-4

价格:66.00元

装帧:

isbn号码:9787312015137

丛书系列:

图书标签:

• PIC单片机
• 单片机原理
• 嵌入式系统
• C语言
• 汇编语言
• 硬件开发
• 电子设计
• PIC编程
• 微控制器
• 电子工程

《深入解析STM32系列微控制器：架构、外设与嵌入式应用实战》 引言 在蓬勃发展的嵌入式系统领域，微控制器（MCU）扮演着至关重要的角色，它们是智能设备的大脑，驱动着从消费电子到工业自动化、从物联网终端到汽车电子的广泛应用。在众多MCU系列中，意法半导体（STMicroelectronics）推出的STM32系列凭借其强大的性能、丰富的外设、灵活的架构以及不断壮大的生态系统，已成为业界炙手可热的明星产品。本书旨在为读者提供一个全面、深入的学习平台，带领大家踏上一段探索STM32微控制器奥秘的旅程。 本书不同于市面上许多侧重于某一特定型号或基础理论的书籍，而是力求从宏观到微观，从理论到实践，全方位地剖析STM32的精髓。我们将首先深入理解STM32系列微控制器的核心架构，揭示其Cortex-M内核的设计理念和优势，进而探讨不同STM32产品线（如F0、F1、F3、F4、F7、H7等）的特点和适用场景。随后，本书将详细介绍STM32中最为关键和常用的外设模块，并结合实际开发需求，提供丰富的应用案例和实战指导。 第一部分：STM32微控制器概览与核心架构解析 本部分将为读者构建起对STM32的整体认识，并深入挖掘其内在的运行机制。 第一章：嵌入式系统与微控制器发展现状 简述嵌入式系统的定义、特点及应用领域。 回顾微控制器技术的发展历程，分析不同代际MCU的演进趋势。 重点介绍ARM Cortex-M内核的出现及其对MCU市场的颠覆性影响。 展望未来嵌入式系统的发展方向，如AIoT、边缘计算等，以及MCU在其中的定位。 第二章：STM32系列产品线及其选型指南 详细介绍意法半导体STM32家族的划分，包括性能、功耗、存储器、外设等方面的差异。 重点解析主流STM32系列（如STM32F1、STM32F4、STM32F7、STM32H7等）的典型特征、定位及应用领域。 提供一套实用的STM32选型方法论，帮助读者根据项目需求选择最合适的型号，考虑因素包括：处理能力、功耗要求、接口数量、存储器大小、开发成本、生态系统支持等。 介绍STM32CubeMX等配置工具在选型过程中的辅助作用。 第三章：ARM Cortex-M内核深度剖析 深入解析ARM Cortex-M系列内核（如Cortex-M3、M4、M7等）的核心架构，包括： 流水线与指令集： 讲解Thumb/Thumb-2指令集，分析流水线如何提升指令执行效率。 内存管理单元（MMU）/内存保护单元（MPU）： 阐述MPU在内存访问控制和保护方面的作用，以及MMU在更高端内核中的应用（尽管STM32多数为MPU）。 中断控制器（NVIC）： 详细讲解NVIC的优先级分组、嵌套中断、中断向量表等概念，以及如何高效地管理中断。 调试支持： 介绍JTAG/SWD调试接口，以及CoreSight调试架构。 重点分析Cortex-M4/M7内核的DSP扩展指令集和浮点单元（FPU），探讨其在信号处理和高性能计算中的优势。 解释低功耗特性如何在Cortex-M内核层面实现。 第四章：STM32的存储器组织与总线结构 详细讲解STM32的存储器映射，包括闪存（Flash）、SRAM、外设寄存器、外部存储器等地址空间的划分。 深入分析STM32内部的总线结构（如AHB、APB），理解不同总线连接的外设及其性能差异。 介绍DMA（Direct Memory Access）的工作原理，以及DMA如何实现高效的数据传输，减轻CPU负担。 讲解Cache机制（在高性能型号中），以及其对程序执行速度的影响。 第二部分：STM32核心外设详解与应用开发 本部分将带领读者逐一攻克STM32中最为常用和重要的外设模块，并通过实际案例展示其开发技巧。 第五章：GPIO（通用输入/输出）端口精通 详细介绍GPIO端口的配置模式：输入（浮空、上拉、下拉）、输出（推挽、开漏）、复用功能。 讲解GPIO端口的寄存器控制：模式寄存器（MODER）、输出类型寄存器（OTYPER）、输出速度寄存器（OSPEEDR）、上拉/下拉寄存器（PUPDR）、输入数据寄存器（IDR）、输出数据寄存器（ODR）、位设置/清除寄存器（BSRR）等。 探讨GPIO端口的复用功能（Alternate Function）配置，以及如何通过AFR寄存器选择所需功能。 实际案例：LED闪烁、按键输入检测（消抖处理）、控制外部设备等。 第六章：时钟系统（RCC）与电源管理（PWR） 深入解析STM32的时钟树：内部高速时钟（HSI）、外部高速时钟（HSE）、内部低速时钟（LSI）、外部低速时钟（LSE）、PLL（锁相环倍频器）等。 讲解如何配置和管理系统时钟、总线时钟、外设时钟，以及时钟优先级和分频。 掌握STM32的电源模式：运行模式、低功耗模式（睡眠、停止、待机）的特点、进入和唤醒机制。 介绍电源控制器（PWR）寄存器的配置，以及如何实现低功耗设计。 实际案例：调整系统运行频率以平衡性能和功耗。 第七章：通用定时器（TIM）高级应用 详细介绍通用定时器的基本原理：向上计数、向下计数、中心对齐计数模式。 讲解定时器的预分频器（Prescaler）和自动重载寄存器（ARR）的作用，以及如何生成精确的延时和周期性脉冲。 深入分析定时器的捕获/比较通道（Input Capture/Output Compare）功能，包括： PWM生成： 掌握生成各种类型PWM波形（例如：用于电机控制、LED调光）的配置方法。 脉冲测量： 学习如何测量外部脉冲的频率和占空比。 定时中断： 利用定时器实现周期性任务。 介绍高级定时器的死区（Dead-time）生成、刹车（Break）等功能。 实际案例：PWM驱动舵机、测量编码器脉冲、实现精确时间控制。 第八章：中断系统（EXTI）与事件（Event System） 结合NVIC，详细讲解外部中断（EXTI）的产生、触发方式（上升沿、下降沿、双边沿）和优先级管理。 介绍GPIO与EXTI的联动机制。 分析STM32的事件（Event）生成机制，以及事件如何触发DMA或其他外设，实现事件驱动的无CPU干预操作。 实际案例：按键中断、外部信号触发ADC采样。 第九章：ADC（模数转换器）与DAC（数模转换器） 详细讲解STM32 ADC的转换原理，包括：采样、保持、量化、编码。 介绍ADC的分辨率、采样率、转换通道（单通道、多通道、规则序列、注入序列）。 掌握ADC的各种工作模式：单次转换、连续转换、扫描模式、DMA模式。 讲解ADC的触发源，以及ADC中断的使用。 介绍DAC的基本原理和输出模式。 实际案例：读取传感器模拟信号（温度、光照）、生成模拟音频信号。 第十章：UART/USART（通用异步收发器）通信 深入解析UART/USART的异步通信原理，包括起始位、数据位、校验位、停止位。 讲解波特率的设置和同步机制。 掌握UART/USART的发送和接收操作，包括中断和DMA传输。 介绍RS232、RS485等标准接口的物理层电气特性。 实际案例：与PC进行串口调试、与其他MCU或传感器进行通信。 第十一章：SPI（串行外设接口）与I2C（集成电路互连）通信 SPI： 讲解SPI的主/从模式、时钟极性（CPOL）、相位（CPHA）、数据顺序（MSB/LSB）。 实际案例：连接SPI接口的传感器（如OLED显示屏、SD卡）、Flash存储器。 I2C： 讲解I2C的总线结构（SCL、SDA）、主/从协议、地址寻址、ACK/NACK机制。 实际案例：连接I2C接口的传感器（如陀螺仪、加速度计）、EEPROM。 第十二章：USB（通用串行总线）接口开发 介绍USB的标准规范和STM32作为USB设备（Device）的功能。 重点讲解STM32 USB OTG（On-The-Go）功能，支持Host和Device模式。 介绍USB枚举、端点（Endpoint）概念。 实际案例：将STM32开发板模拟成USB HID设备（鼠标、键盘）、U盘。 第十三章：CAN（控制器局域网）总线通信 深入解析CAN总线的特点：总线型网络、非破坏性仲裁、高可靠性、差分信号传输。 介绍CAN报文的格式：标识符（Identifier）、数据场、CRC校验等。 掌握STM32 CAN外设的配置，包括波特率、过滤机制、发送/接收操作。 实际案例：在汽车电子、工业自动化领域的应用。 第十四章：网络通信：Ethernet与Wi-Fi/Bluetooth（可选模块） 如果STM32型号支持，介绍STM32的Ethernet MAC/PHY接口。 简述TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的应用。 （可选）介绍如何通过外部模块（如ESP8266、HC-05）或STM32内置的Wi-Fi/Bluetooth功能实现无线连接。 实际案例：构建简易的网络设备、物联网节点。 第十五章：文件系统与存储器接口 介绍FatFs等嵌入式文件系统在SD卡、NAND Flash等存储介质上的应用。 讲解STM32的SDIO接口或SPI接口连接SD卡。 （可选）介绍NAND Flash、eMMC的读写原理和接口。 实际案例：日志记录、数据存储。 第三部分：嵌入式应用开发实战与进阶 本部分将引导读者将所学知识融会贯通，进行实际项目开发，并介绍一些进阶主题。 第十六章：RTOS（实时操作系统）在STM32上的应用 介绍RTOS的基本概念：任务、调度器、信号量、消息队列、互斥量等。 重点介绍FreeRTOS等主流RTOS在STM32上的移植和使用。 讲解如何通过RTOS有效地管理多任务并发，提高系统的响应性和稳定性。 实际案例：构建一个包含多个并发任务的复杂系统。 第十七章：嵌入式Linux与STM32的协同工作（可选） （可选）介绍在高性能STM32（如STM32MP1系列）上运行嵌入式Linux的操作系统的概念。 探讨STM32作为Linux的协处理器（Microcontroller Co-processor）进行低功耗控制或实时任务处理的可能性。 简述UCOS/ucosii/ucosiii（虽然FreeRTOS更流行，但作为历史悠久且仍在使用的RTOS，也可提及）在STM32上的应用。 第十八章：STM32开发工具链与调试技巧 详细介绍STM32开发常用的IDE：Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE、VS Code + PlatformIO等。 讲解项目创建、代码编写、编译、下载、烧录等流程。 深入讲解调试器（如ST-Link、J-Link）的使用，包括断点设置、单步执行、变量查看、内存观察、逻辑分析仪等。 介绍代码优化的策略和技巧。 第十九章：传感器接口与驱动开发 提供更多关于如何集成和开发各类传感器的通用方法论，包括： IMU（惯性测量单元）：加速度计、陀螺仪、磁力计。 环境传感器：温湿度传感器、气压传感器、光照传感器。 图像传感器：摄像头模组。 生物传感器：心率传感器。 强调驱动程序的编写方法，以及如何封装硬件操作。 第二十章：嵌入式系统设计中的常见问题与解决方案 总结实际开发中可能遇到的常见问题，如：功耗优化、EMC/EMI问题、软件鲁棒性、硬件选型考量、固件升级（OTA）等。 提供相应的解决思路和最佳实践。 结语 本书的编写目的在于为所有渴望深入理解STM32微控制器及其应用开发的读者提供一份详实、系统的学习指南。我们力求以清晰的逻辑、丰富的案例和深入的解析，帮助读者从入门到精通，掌握STM32的开发技能，并能够独立设计和实现各类嵌入式系统。无论您是初学者、学生，还是有经验的嵌入式工程师，本书都将是您在STM32开发道路上的宝贵财富。让我们一起，用STM32点亮创意的火花，构建未来的智能世界！

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这本书的语言风格非常严谨且富有条理，虽然内容涉及大量的技术术语和硬件描述，但作者总能巧妙地在关键时刻插入一些对比分析，使得原本枯燥的知识点变得生动起来。例如，在讲解不同型号PIC单片机之间的内存结构差异时，作者使用了清晰的图表对比，避免了纯文字描述可能带来的混淆。我发现自己越来越依赖这本书作为日常工作的“快速查阅工具”，因为它的索引做得非常好，任何特定的寄存器或功能模块都能迅速定位到对应的讲解页码。更值得称赞的是，书中对编译器和调试工具链的集成应用也做了详细的说明，这对于解决初学者最头疼的环境配置问题提供了及时的帮助。这本书的价值不仅仅在于知识的传授，更在于它建立了一种高效的学习和工作方法论，引导读者建立起一套完整的嵌入式开发思维框架，这才是最宝贵的财富。

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这本书的深度和广度都让我感到惊喜，它不仅仅是一本基础的入门指南，更像是一部可以伴随工程师长期成长的参考手册。我发现书中的案例代码质量非常高，它们不仅能够顺利编译运行，而且在结构上充分体现了良好的编程习惯和工程实践。例如，在讲解中断处理和定时器应用时，作者没有停留在理论层面，而是给出了多个实际工程中的优化方案和注意事项，这些经验之谈是其他很多教材中所缺乏的。更让我印象深刻的是，书中对于一些“疑难杂症”的排查思路分析得极其透彻，仿佛作者就在我身边手把手指导调试一般。阅读过程中，我经常需要停下来，对照自己电脑上的开发环境进行实际操作验证，每一次验证都印证了书中的理论和实践是完美契合的。这本书的价值，在于它真正教会了读者如何“像一个有经验的工程师那样去思考和解决问题”，而不是仅仅停留在“跑通程序”的层面。

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这本书的封面设计得相当吸引人，那种深邃的蓝色调配合着略带科技感的字体，让人一眼就能感受到内容的专业性。我是在一个偶然的机会下接触到这本书的，当时正是我对单片机开发产生浓厚兴趣的阶段。打开书的第一页，那种扑面而来的知识的厚重感和清晰的逻辑结构立刻抓住了我。作者显然对PIC系列单片机的理解非常深刻，从基础的架构解析到复杂的应用实践，每一个章节的过渡都显得水到渠成。特别是书中对于时序图和寄存器操作的讲解，简直是教科书级别的清晰，即便是初学者也能在细致的图解下快速掌握要领。我特别欣赏作者在讲解复杂概念时，总是能用非常形象的比喻来帮助理解，这极大地降低了学习曲线。这本书的排版也十分人性化，关键代码和重要概念都被加粗或用方框突出显示，使得在快速浏览和深入学习时都能找到重点，而不是迷失在密集的文字中。这本书无疑为我的嵌入式学习之路打下了坚实的基础，让我对单片机编程不再感到畏惧，反而充满了探索的欲望。

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坦白说，市面上关于单片机的书籍汗牛充栋，但真正能够做到兼顾理论深度和实际操作手感的却凤毛麟角。这本书成功地做到了这一点。我尤其喜欢它在介绍外设接口（如SPI、I2C等）时所采用的“协议解析先行，代码实现跟上”的叙事方式。它没有急于抛出复杂的C语言代码，而是先用通俗易懂的语言剖析了通信协议的底层逻辑和时序要求，这对于理解底层硬件交互至关重要。在学习到高级章节如ADC转换的精度校准和PWM波形的精细控制时，我发现作者对公式的推导和参数的选择都有着严谨的论证过程，这体现了作者深厚的理论功底。这本书的实用性体现在，我可以直接将书中的部分模块代码稍加修改，就移植到我目前正在进行的项目中，极大地缩短了开发周期。对于任何一位想要深入PIC微控制器领域的工程师而言，这本书绝对是书架上不可或缺的“硬通货”。

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当我翻阅这本书时，感受最深的是作者对“教学相长”的理解。这本书的结构设计非常巧妙，它仿佛是在一步步引导读者完成一次完整的项目开发流程。从最基础的熔丝位配置，到复杂的任务调度，每一步的讲解都恰到好处，没有丝毫的冗余或遗漏。特别是最后几章关于中断优先级和实时性保障的讨论，深入到了操作系统级别的思考，这让这本书的层次一下子提升了。我发现自己不仅学会了如何使用PIC单片机，更理解了为什么需要这样设计架构。这本书的读者群体定位非常精准，它既能满足大专院校相关专业学生的深入学习需求，也完全能胜任一线嵌入式开发工程师的案头参考。它提供了一种扎实、可信赖的学习路径，让人在面对快速迭代的硬件技术时，依然能够保持对底层原理的深刻把握，这份踏实感，是其他很多浮于表面的读物无法比拟的。

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