高速省電 CPU 的未來 - STM32F103 嵌入式 Arm 系統專案實作

李正軍 編著

中國山東大學教授，碩士研究生導師。1984年畢業於中國山東大學數學系，同年留中國山東大學數學系任教，控制科學與工程學院「微機原理」課程負責人，並獲中國山東大學優秀教師榮譽稱號。擔任中國電氣工業協會設備網現場總線分會理事、中華人民共和國機械行業標準《低壓電氣通信規約》審稿人，全國電器設備網絡通訊介面標準化委員會委員。發表科研與教學論文50餘篇，出版著作30部。承擔企業科研課題30餘項，主要研究方向包括嵌入式系統、計算機控制技術、現場總線應用技術、電力電子技術等。

目 錄
第1章 STM32嵌入式微控制器最小系統設計
1.1 STM32微控制器概述
1.1.1  STM32微控制器產品介紹
1.1.2  STM32系統性能分析
1.1.3  STM32微控制器的命名規則
1.1.4  STM32微控制器內部資源
1.1.5  STM32微控制器的選型
1.2 STM32F1系列產品系統架構和STM32F103ZET6內部架構
1.2.1  STM32F1系列產品系統架構
1.2.2  STM32F103ZET6內部架構
1.3 STM32F103ZET6的記憶體映射
1.3.1  STM32F103ZET6內建外接裝置的位址範圍
1.3.2  嵌入式SRAM
1.3.3 嵌入式Flash
1.4 STM32F103ZET6的時鐘結構
1.5 STM32F103VET6的接腳
1.6 STM32F103VET6 最小系統設計

第2章 人機介面設計與應用實例
2.1獨立式鍵盤介面設計
2.1.1 鍵盤的特點及按鍵確認
2.1.2 獨立式按鍵擴充實例
2.2矩陣式鍵盤介面設計
2.2.1 矩陣式鍵盤工作原理
2.2.2 按鍵的辨識方法
2.2.3 鍵盤的編碼
2.3矩陣式鍵盤的介面實例
2.3.1 4×4矩陣式鍵盤的硬體設計
2.3.2 4×4矩陣式鍵盤的軟體設計
2.4顯示技術的發展及其特點
2.4.1 顯示技術的發展
2.4.2 顯示元件的主要參數
2.5 LED顯示器介面設計
2.5.1 LED顯示器的結構
2.5.2 LED顯示器的掃描方式
2.6觸控式螢幕技術及其在專案中的應用
2.6.1 觸控式螢幕發展歷程
2.6.2 觸控式螢幕的工作原理
2.6.3 工業用觸控式螢幕產品介紹
2.6.4觸控式螢幕在專案中的應用

第3章 DGUS彩色液晶顯示幕應用實例
3.1螢幕儲存空間
3.1.1 資料變數空間
3.1.2 字形檔(圖示)空間
3.1.3 圖片空間
3.1.4 暫存器
3.2 硬體設定檔
3.3 DGUS組態軟體安裝
3.4 DGUS組態軟體使用說明
3.4.1 介面介紹
3.4.2 背景圖片製作方法
3.4.3 圖示製作方法及圖示檔案的生成
3.4.4 新建一個專案並進行介面設定
3.4.5 專案檔案說明
3.5專案下載
3.6 DGUS螢幕顯示變數設定方法及其指令詳解
3.6.1 序列埠資料幀架構
3.6.2 資料變數
3.6.3 文字變數
3.6.4 圖示變數
3.6.5 基本圖形變數
3.7 透過USB對DGUS螢幕進行偵錯

第4章 旋轉編碼器設計實例
4.1 旋轉編碼器的介面設計
4.1.1 旋轉編碼器的工作原理
4.1.2 旋轉編碼器的介面電路設計
4.1.3 旋轉編碼器的時序分析
4.2 呼吸機按鍵與旋轉編碼器程式結構
4.3 按鍵掃描與旋轉編碼器中斷檢測程式
4.3.1 KEY1與KEY5的按鍵掃描程式
4.3.2 KEY2與KEY3的中斷檢測程式
4.4 鍵值存取程式
4.4.1 環狀FIFO按鍵緩衝區
4.4.2 鍵值存取程式相關函數

第5章 PWM輸出與看門狗計時器應用實例
5.1 STM32F103計時器概述
5.2 STM32通用計時器
5.2.1 通用計時器簡介
5.2.2 通用計時器的主要功能
5.2.3 通用計時器的功能描述
5.2.4 通用計時器的工作模式
5.3 STM32 PWM輸出應用實例
5.3.1  PWM輸出硬體設計
5.3.2 PWM輸出軟體設計
5.4看門狗計時器
5.4.1 看門狗應用介紹
5.4.2 獨立看門狗
5.4.3 視窗看門狗
5.4.4 看門狗操作相關的函數庫
5.4.5 獨立看門狗程式設計
5.4.6 視窗看門狗程式設計

第6章 USART與Modbus通訊協定應用實例
6.1串列通訊基礎
6.1.1 串列非同步通訊資料格式
6.1.2 連接握手
6.1.3 確認
6.1.4 中斷
6.1.5 輪詢
6.2 STM32的USART工作原理
6.2.1 USART介紹
6.2.2 USART主要特性
6.2.3 USART功能概述
6.2.4 USART通訊時序
6.2.5 USART中斷
6.2.6 USART相關暫存器
6.3 STM32的USART串列通訊應用實例
6.3.1  STM32的USART的基本設定流程
6.3.2 STM32的USART串列通訊應用硬體設計
6.3.3 STM32的USART串列通訊應用軟體設計
6.4外部匯流排
6.4.1 RS-232C串列通訊介面
6.4.2 RS-485串列通訊介面
6.5 Modbus通訊協定
6.5.1 概述
6.5.2 兩種傳輸模式
6.5.3 Modbus訊息幀
6.5.4 錯誤檢測方法
6.5.5 Modbus的程式設計方法
6.6 PMM2000電力網路儀表Modbus-RTU通訊協定
6.6.1 序列埠初始化參數
6.6.2 開關量輸入
6.6.3 繼電器控制
6.6.4 錯誤處理
6.6.5 讀取標準電力參數

第7章SPI與鐵電記憶體介面應用實例
7.1 STM32的SPI通訊原理
7.1.1 SPI概述
7.1.2 SPI互連
7.2 STM32F103的SPI工作原理
7.2.1 SPI主要特徵
7.2.2 SPI內部結構
7.2.3 時鐘訊號的相位和極性
7.2.4 資料框架格式
7.2.5 設定SPI為主模式
7.3 STM32的SPI與鐵電記憶體介面應用實例
7.3.1 STM32的SPI設定流程
7.3.2 SPI與鐵電記憶體介面的硬體設計
7.3.3 SPI與鐵電記憶體介面的軟體設計

第8章 I2C與日曆時鐘介面應用實例
8.1 STM32的I2C通訊原理
8.1.1 I2C控制器概述
8.1.2 I2C匯流排的資料傳輸
8.2 STM32F103的I2C介面
8.2.1 STM32F103的I2C主要特性
8.2.2 STM32F103的I2C內部結構
8.2.3 STM32F103的模式選擇
8.3 STM32的I2C與日曆時鐘介面應用實例
8.3.1 STM32的I2C設定流程
8.3.2 I2C與日曆時鐘介面的硬體設計
8.3.3 I2C與日曆時鐘介面的軟體設計

第9章 CAN通訊轉換器設計實例
9.1CAN的特點 
9.2 STM32的CAN匯流排概述
9.2.1 bxCAN的主要特點
9.2.2 CAN物理層特性
9.2.3 STM32的CAN控制器
9.2.4 STM32的CAN篩檢程式
9.3 STM32的bxCAN工作模式
9.3.1 初始化模式
9.3.2 正常模式
9.4 STM32的bxCAN功能描述
9.4.1 CAN發送流程
9.4.2  CAN接收流程
9.5 CAN匯流排收發器
9.5.1 PCA82C250/251 CAN匯流排收發器
9.5.2 TJA1051 CAN匯流排收發器
9.6 CAN通訊轉換器概述
9.7 CAN通訊轉換器微控制器主電路的設計
9.8 CAN通訊轉換器UART驅動電路的設計
9.9 CAN通訊轉換器CAN匯流排隔離驅動電路的設計
9.10 CAN通訊轉換器USB介面電路的設計
9.11 CAN通訊轉換器的程式設計

第10章電力網路儀表設計實例
10.1 PMM2000電力網路儀表概述
10.2 PMM2000電力網路儀表的硬體設計
10.2.1 主機板的硬體電路設計
10.2.2 電壓輸入電路的硬體設計
10.2.3 電流輸入電路的硬體設計
10.2.4 RS-485通訊電路的硬體設計
10.2.5 4～20mA類比訊號輸出的硬體電路設計
10.3週期和頻率測量
10.4 STM32F103VBT6初始化程式
10.4.1 NVIC中斷初始化程式
10.4.2 GPIO初始化程式
10.4.3 ADC初始化程式
10.4.4 DMA初始化程式
10.4.5 計時器初始化程式
10.5電力網路儀表的演算法
10.6 LED數位管動態顯示程式設計
10.6.1  LED數位管段碼表
10.6.2  LED指示燈狀態編碼表
10.6.3  1ms系統滴答計時器中斷服務程式
10.7 PMM2000電力網路儀表在數位化變電站中的應用
10.7.1   應用領域
10.7.2 iMeaCon數位化變電站背景電腦監控網路系統

第11章μC/OS-Ⅱ在STM32上的移植與應用實例
11.1 μC/OS-Ⅱ介紹
11.2嵌入式控制系統的軟體平臺
11.2.1 軟體平臺的選擇
11.2.2 μC/OS-Ⅱ核心排程基本原理
11.3 μC/OS-Ⅱ的移植與應用
11.3.1 μC/OS-Ⅱ的移植
11.3.2 μC/OS-Ⅱ的應用

第12章RTC與萬年曆應用實例
12.1 RTC
12.1.1  RTC簡介
12.1.2  RTC主要特性
12.1.3  RTC內部結構
12.1.4  RTC重置過程
12.2備份暫存器(BKP)
12.2.1  BKP簡介
12.2.2  BKP特性
12.2.3  BKP入侵偵測
12.3 RTC的操作
12.3.1  RTC的初始化
12.3.2  RTC時間寫入初始化
12.4 萬年曆應用實例

第13章 新型分散式控制系統設計實例
13.1新型DCS概述
13.1.1  通訊網路的要求
13.1.2  通訊網路的要求控制功能的要求
13.1.3  系統可靠性的要求
13.1.4  其他方面的要求
13.2 現場控制站的組成
13.2.1  兩個控制站的DCS結構
13.2.2  DCS測控電路板的類型
13.3 新型DCS通訊網路
13.3.1  乙太網實際連接網路
13.3.2  雙CAN通訊網路
13.4 新型DCS控制卡的硬體設計
13.4.1  控制卡的硬體組成
13.4.2  W5100網路介面晶片
13.4.3  雙機容錯電路的設計
13.4.4  記憶體擴充電路的設計
13.5 新型DCS控制卡的軟體設計
13.5.1  控制卡軟體的框架設計
13.5.2  雙機熱備份程式的設計
13.5.3  CAN通訊程式的設計
13.5.4  乙太網通訊程式的設計
13.6 控制演算法的設計
13.6.1  控制演算法的解析與執行
13.6.2  控制演算法的儲存與恢復
13.7  8通道輸入電路板(8AI)的設計
13.7.1  8通道類比量輸入電路板的功能概述
13.7.2  8通道類比量輸入電路板的硬體組成
13.7.3  8通道類比量輸入電路板微控制器主電路設計
13.7.4  22位元Σ-Δ型A/D轉換器ADS1213
13.7.5  8通道類比量輸入電路板測量與斷線檢測電路設計
13.7.6  8通道類比量輸入電路板訊號調理與通道切換電路設計
13.7.7  8通道類比量輸入電路板程式設計
13.8  8通道熱電偶輸入電路板(8TC)的設計
13.8.1  8通道熱電偶輸入電路板的功能概述
13.8.2  8通道熱電偶輸入電路板的硬體組成
13.8.3  8通道熱電偶輸入電路板測量與斷線檢測電路設計
13.8.4  8通道熱電偶輸入電路板程式設計
13.9  8通道熱電阻輸入電路板(8RTD)的設計
13.9.1  8通道熱電阻輸入電路板的功能概述
13.9.2  8通道熱電阻輸入電路板的硬體組成
13.9.3  8通道熱電阻輸入電路板測量與斷線檢測電路設計
13.9.4  8通道熱電阻輸入電路板的程式設計
13.10  4通道類比量輸出電路板(4AO)的設計
13.10.1  4通道類比量輸出電路板的功能概述
13.10.2  4通道類比量輸出電路板的硬體組成
13.10.3  4通道類比量輸出電路板PWM輸出與斷線檢測電路設計
13.10.4  4通道類比量輸出電路板自檢電路設計
13.10.5  4通道類比量電路板輸出演算法設計
13.10.6  4通道類比量電路板程式設計
13.11  16通道數位量輸入電路板(16DI)的設計
13.11.1  16通道數位量輸入電路板的功能概述
13.11.2  16通道數位量輸入電路板的硬體組成
13.11.3  16通道數位量輸入電路板訊號前置處理電路的設計
13.11.4  16通道數位量輸入電路板訊號檢測電路設計
13.11.5  16通道數位量輸入電路板程式設計
13.12  16通道數位量輸出電路板(16DO)的設計
13.12.1  16通道數位量輸出電路板的功能概述
13.12.2  16通道數位量輸出電路板的硬體組成
13.12.3  16通道數位量輸出電路板開漏極輸出電路設計
13.12.4  16通道數位量輸出電路板輸出自檢電路設計
13.12.5  16通道數位量輸出電路板外配電壓檢測電路設計
13.12.6  16通道數位量輸出電路板的程式設計
13.13  8通道脈衝量輸入電路板(8PI)的設計
13.13.1  8通道脈衝量輸入電路板的功能概述
13.13.2  8通道脈衝量輸入電路板的硬體組成
13.13.3  8通道脈衝量輸入電路板的程式設計
13.14 嵌入式控制系統可靠性與安全性技術
13.14.1  可靠性技術的發展過程
13.14.2  可靠性基本概念和術語
13.14.3  可靠性設計的內容
13.14.4  系統安全性
13.14.5  軟體可靠性
參考文獻