本書深入淺出地講解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎知識，從原理、方法、工程實踐等多視角介紹ARMMCU嵌入式開發(fā)中的各種常用技術，為每個知識點配備了開發(fā)案例，使讀者既能掌握工程開發(fā)方法，又能掌握技術原理，為后續(xù)整個技術生涯奠定堅實基礎。
本書共12章，前兩章講述基本概念、開發(fā)環(huán)境準備及ARMCortex-M3架構；第3~5章講述基礎的GPIO、中斷機制和定時器機制；第6~9章講述常用的通信方法，包括串行通信、I2C、SPI、CAN；第10章講述ADC的原理與應用；第11章進一步講述如何通過DMA技術進行ADC采樣；第12章通過舵機、步進電機講解GD32進行電機控制的入門知識。
本書由多位十數(shù)年嵌入式研發(fā)與教學經(jīng)驗的高校教師、企業(yè)工程師組成的團隊共同編著完成，所有案例都是基于國產(chǎn)GD32F10x系列芯片實現(xiàn)，并且為每章都配套了詳細的視頻講解，助力讀者輕松零基礎入門并精通ARM單片機開發(fā)。本書既可作為高等院校和培訓機構相關專業(yè)的教學參考書，也可供正在為ARM芯片選擇國產(chǎn)替代方案的企業(yè)工程師選作技術參考書。
本書深入淺出地講解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎知識，從原理、方法、工程實踐等多視角介紹ARM MCU嵌入式開發(fā)中的各種常用技術，為每個知識點配備了開發(fā)案例，使讀者既能掌握工程開發(fā)方法，又能掌握技術原理，為后續(xù)整個技術生涯奠定堅實基礎。
易教易學：針對本科教學的特點，配套了教學視頻、實驗案例，并開發(fā)了配套教學硬件。
理論聯(lián)系實踐：強調工程應用的同時注重底層原理的解釋，讓讀者能知其然、知其所以然。
黨的二十大報告中指出： 教育、科技、人才是全面建設社會主義現(xiàn)代化國家的基礎性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，這三大戰(zhàn)略共同服務于創(chuàng)新型國家的建設。高等教育與經(jīng)濟社會發(fā)展緊密相連，對促進就業(yè)創(chuàng)業(yè)、助力經(jīng)濟社會發(fā)展、增進人民福祉具有重要意義。
一方面，在信息技術越來越發(fā)達的今天，嵌入式系統(tǒng)正在以前所未有的速度融入我們的生活、工作、娛樂等方方面面。從普通的鍵盤、鼠標，到無人機、3D打印機，甚至月球車、火星車，無不是嵌入式系統(tǒng)在大顯身手。另一方面，中美貿(mào)易摩擦不斷，特別是在芯片相關領域的沖突不斷升級，國內相關廠家尋找國產(chǎn)替代主控芯片的工作刻不容緩。
我國廠商在選用國外品牌的ARM主控芯片時通常會碰到兩個問題： ①
貨源供應不穩(wěn)定，產(chǎn)能隨時會受限制； ②
芯片價格波動大，給終端產(chǎn)品的市場定價、客戶維系等帶來極大困難。因此，積極尋找國產(chǎn)芯片替代成為目前所有中國嵌入式相關行業(yè)上下游廠家的共識。但是，國產(chǎn)芯片由于發(fā)展時間相對較短，廠家在選用國產(chǎn)芯片替代時又存在配套學習資源缺乏、熟練的技術人員招聘困難等問題。因此，無論是高校相關專業(yè)的師生還是智能硬件相關產(chǎn)業(yè)的技術人員，都急需一套專門針對國產(chǎn)ARM芯片的基礎教程。
針對上述現(xiàn)狀，作者總結多年的嵌入式研發(fā)與教學經(jīng)驗、查閱大量參考資料編寫成本書，力求清晰地闡述所有ARM單片機開發(fā)涉及的知識點，并為所有知識點都配套了講解詳細的視頻，同時配有實用性強的案例、與工程實際接近的參考代碼等電子資源，使讀者學完本書內容后可以直接上手實際項目開發(fā)。同時，作者聯(lián)合業(yè)內知名的國產(chǎn)ARM芯片應用廠家開發(fā)了一套與教材內容適配的開發(fā)板，開發(fā)板制作精良、價格實惠，此開發(fā)板既可作為學習工具，同時其各個模組的案例代碼也可在后續(xù)的實際項目開發(fā)中直接移植使用。
本書深入淺出地講解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎知識，從原理、方法、工程實踐等多視角介紹ARM MCU嵌入式開發(fā)中的各種常用技術，為每個知識點配備了開發(fā)案例(配套電子資源，有翔實注釋的代碼)，使讀者既能掌握工程開發(fā)方法，又能掌握技術原理，為后續(xù)整個技術生涯奠定堅實基礎。雖然本書在編寫過程中盡量做到深入淺出，以使讀者能夠從零基礎入門嵌入式開發(fā)，但依然建議讀者在閱讀本書之前具備一定的C語言開發(fā)基礎及硬件電路的基礎知識。
本書中的案例全部采用GD官方的標準庫函數(shù)開發(fā)完成，案例均采用模塊化的方式進行設計實現(xiàn)，各種模塊代碼既可以供讀者在學習時模仿復現(xiàn)，也可以在將來的技術開發(fā)中直接復用。
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由于編者水平所限，書中難免有疏漏，懇請讀者批評指正。
編者
2024年4月
高延增，2010年博士畢業(yè)于華南理工大學，其后十余年一直從事嵌入式相關的項目研發(fā)與教學工作，現(xiàn)為嘉應學院計算機科學與技術專業(yè)專任教師，主要從事嵌入式學習相關的內容制作與套件開發(fā)等工作。。此前曾擔任廣州百眾信息技術有限公司嵌入式研發(fā)工程師，主持研發(fā)了3D打印機云管控平臺、安全生產(chǎn)平臺、智能小家電通用控制平臺等多個大中型項目。主編過《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎教程》《數(shù)據(jù)挖掘算法導論》等書籍，所編著書籍因文筆流暢、通俗易懂、知識架構組織合理、易于教學使用等優(yōu)點受到讀者歡迎。
配套課件（PPT）
源碼及原理圖
第1章概述（112min）
1.1理解嵌入式系統(tǒng)的概念
1.1.1什么是嵌入式系統(tǒng)
1.1.2嵌入式系統(tǒng)的構成原理
1.1.3嵌入式系統(tǒng)的分類
1.1.4嵌入式系統(tǒng)的處理器技術簡介
1.2ARM簡史
1.2.1ARM的發(fā)展歷程
1.2.2ARM架構的變遷
1.2.3ARM嵌入式開發(fā)的學習路線
1.3準備工作
1.3.1教材配套開發(fā)板介紹
1.3.2開發(fā)環(huán)境準備
1.3.3創(chuàng)建GD32F10x模板工程點亮一個LED
1.4小結
1.5練習題
1.6實驗： 更改模板工程軟件，點亮兩個LED
第2章GD32F10x的架構（99min）
2.1圖靈機與計算機架構
2.1.1圖靈機簡介
2.1.2馮·諾依曼結構與哈佛結構
2.1.3算術邏輯部件與鎖存器
2.2CortexM3架構簡介
2.2.1架構總覽
2.2.2CortexM3的重點模塊
2.2.3ARM指令集與三級流水線
2.2.4存儲器映射
2.3GD32F10x對CortexM3架構的實現(xiàn)
2.3.1總體架構
2.3.2存儲器與映射
2.3.3啟動配置
2.3.4電源控制
2.3.5復位
2.3.6時鐘控制
2.4小結
2.5練習題
第3章通用輸入/輸出端口GPIO（184min）
3.1芯片的常用封裝
3.2GPIO工作原理
3.2.1內部結構框圖
3.2.2輸出工作模式
3.2.3輸入工作模式
3.3GPIO主要寄存器簡介
3.3.1端口控制寄存器
3.3.2端口輸入狀態(tài)寄存器(GPIOx_ISTAT，x=A..G)
3.3.3端口輸出控制寄存器(GPIOx_OCTL，x=A..G)
3.3.4端口位操作與位清除寄存器
3.3.5端口配置鎖定寄存器(GPIOx_LOCK，x=A，B)
3.3.6AFIO端口配置寄存器0(AFIO_PCF0)
3.4GPIO常用庫函數(shù)介紹
3.4.1初始化函數(shù)
3.4.2輸入輸出控制函數(shù)
3.4.3狀態(tài)查詢函數(shù)
3.5GPIO案例： 按鍵控制LED亮滅
3.5.1案例需求
3.5.2案例方法
3.5.3案例代碼
3.5.4效果分析
3.6小結
3.7練習題
3.8實驗： 物理按鍵軟件消抖
3.8.1實驗目標
3.8.2實驗方法分析
3.8.3實驗代碼
3.8.4實驗現(xiàn)象
第4章中斷和事件（107min）
4.1中斷的概念
4.2嵌套向量中斷控制器NVIC
4.2.1NVIC簡介
4.2.2NVIC工作機制
4.2.3NVIC配置
4.3EXTI外部中斷/事件控制器
4.3.1EXTI簡介
4.3.2EXTI原理
4.3.3EXTI通用IO映像
4.3.4EXTI使用方法
4.4EXTI外部中斷處理的常用庫函數(shù)簡介
4.4.1初始化或使能相關函數(shù)
4.4.2EXTI外部中斷響應處理相關函數(shù)
4.5中斷案例： 中斷式觸摸按鍵控制LED
4.5.1案例需求
4.5.2案例方法
4.5.3案例代碼
4.5.4效果分析
4.6小結
4.7練習題
4.8實驗： 上升沿和雙邊沿觸發(fā)的中斷
4.8.1實驗目標
4.8.2實驗方法分析
4.8.3實驗代碼
4.8.4實驗現(xiàn)象
第5章定時器（439min）
5.1理解定時器
5.1.1可編程定時/計數(shù)器
5.1.2理解GD32F10x的時鐘樹
5.2系統(tǒng)滴答定時器SysTick
5.2.1SysTick的工作原理
5.2.2SysTick的使用方法
5.2.3SysTick案例： SysTick控制LED閃爍
5.3實時時鐘
5.3.1RTC的原理
5.3.2常用庫函數(shù)
5.3.3RTC的使用方法
5.3.4RTC案例RTC日歷
5.4看門狗
5.4.1獨立看門狗
5.4.2窗口看門狗
5.4.3看門狗案例獨立看門狗使用示例
5.5定時器
5.5.1基本定時器
5.5.2通用定時器
5.5.3高級定時器
5.5.4定時器使用
5.6小結
5.7練習題
5.8實驗： PWM實現(xiàn)呼吸燈效果
5.8.1實驗目標
5.8.2實驗方法分析
5.8.3實驗代碼
5.8.4實驗現(xiàn)象
第6章通用同步/異步串行通信USART（160min）
6.1串行通信原理概述
6.1.1串行通信的硬件連接
6.1.2異步串行通信的數(shù)據(jù)幀
6.2GD32F10x的串口工作原理
6.2.1USART的結構框圖
6.2.2利用庫函數(shù)設置和使用串口
6.3UART案例： 以串口查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)
6.3.1案例目標
6.3.2案例方法
6.3.3案例代碼
6.3.4效果分析
6.4小結
6.5練習題
6.6UART實驗： UART的中斷式接收
6.6.1實驗目標
6.6.2實驗方法分析
6.6.3實驗代碼
6.6.4實驗現(xiàn)象
第7章集成電路總線I2C通信（350min）
7.1理解I2C
7.1.1I2C的物理層
7.1.2I2C的協(xié)議層
7.2GD32的I2C模塊
7.2.1數(shù)據(jù)有效性
7.2.2開始與停止狀態(tài)
7.2.3時鐘同步和仲裁
7.2.4編程模型
7.2.5DMA模式下數(shù)據(jù)傳輸
7.2.6報文錯誤校驗
7.2.7狀態(tài)、錯誤和中斷
7.3I2C案例： 軟件模擬I2C控制LM75AD
7.3.1案例目標
7.3.2案例方法
7.3.3案例代碼
7.3.4效果分析
7.4小結
7.5練習題
7.6I2C實驗： 硬件I2C控制OLED屏顯示
7.6.1實驗目標
7.6.2實驗方法分析
7.6.3實驗代碼
7.6.4實驗現(xiàn)象
第8章串行外設SPI（252min）
8.1認識SPI
8.1.1SPI協(xié)議原理概述
8.1.2一主一從的SPI通信過程
8.1.3一主多從的SPI連接方式
8.2GD32中的SPI外設
8.2.1功能框圖
8.2.2模式配置
8.3SPI案例： 軟件模擬SPI讀寫W25Qxx
8.3.1案例目標
8.3.2案例方法
8.3.3案例代碼
8.3.4效果分析
8.4小結
8.5練習題
8.6SPI案例： 硬件SPI操作W25Q32
8.6.1實驗目標
8.6.2實驗方法分析
8.6.3實驗代碼
8.6.4實驗現(xiàn)象
第9章控制器局域網(wǎng)（170min）
9.1理解CAN
9.1.1CAN協(xié)議簡介
9.1.2CAN協(xié)議的物理層
9.1.3CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層
9.1.4CAN的位同步
9.2GD32的CAN外設
9.2.1一般使用流程
9.2.2工作與通信模式
9.2.3數(shù)據(jù)收發(fā)
9.2.4過濾功能
9.2.5中斷
9.3小結
9.4練習題
9.5CAT實驗： 自回環(huán)通信模式案例
9.5.1實驗目標
9.5.2實驗方法分析
9.5.3實驗代碼
9.5.4實驗現(xiàn)象
第10章模數(shù)轉換器（142min）
10.1ADC一般概念
10.1.1模擬信號與數(shù)字信號
10.1.2模數(shù)原理概述
10.2GD32F10x的ADC外設
10.2.1ADC電源與時鐘
10.2.2ADC通道和轉換順序
10.2.3運行模式
10.2.4采樣時間與外部觸發(fā)配置
10.3ADC庫函數(shù)的使用
10.3.1常用庫函數(shù)
10.3.2利用庫函數(shù)實現(xiàn)ADC步驟
10.4小結
10.5練習題
10.6ADC實驗： 測量光敏電阻的阻值
10.6.1實驗目標
10.6.2實驗方法分析
10.6.3實驗代碼
10.6.4實驗現(xiàn)象
第11章直接數(shù)據(jù)存儲DMA（160min）
11.1概述
11.2DMA控制器原理
11.2.1理解DMA框圖
11.2.2MDA寄存器
11.2.3DMA傳輸過程
11.3GD32F10x的DMA
11.3.1GD32F10x的DMA原理框圖
11.3.2DMA傳輸功能要點
11.3.3DMA流程解析
11.4小結
11.5練習題
11.6DMA實驗： DMA ADC搖桿用法
11.6.1實驗目標
11.6.2實驗方法分析
11.6.3實驗代碼
11.6.4實驗現(xiàn)象
第12章電機控制入門（248min）
12.1舵機
12.1.1構成原理
12.1.2使用方法
12.1.3舵機案例： 旋轉編碼器控制舵機旋轉
12.2步進電機
12.2.1工作原理
12.2.2步進電機驅動ULN2003
12.3小結
12.4練習題
12.5步進電機實驗： 步進電機正反轉控制
12.5.1實驗目標
12.5.2實驗方法分析
12.5.3實驗代碼
12.5.4實驗現(xiàn)象
參考文獻
書單推薦
