微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本書主要內容包括ARM Cortex-M4F處理器與STM32L4微控製器簡介、STM32CubeMX、Keil MDK-ARM與STM-Studio開發工具的介紹、通用輸入輸齣埠技術、中斷技術、脈波寬度調變技術、即時時鍾控製技術、A/D與D/A控製技術、串列通信技術、慣性感測器（陀螺儀、加速度計、指南針）技術。本書附有完整的範例程式與詳盡的實驗步驟，帶領讀者逐步完成微控製器程式的設計撰寫，培養讀者微控製器係統的開發能力。

好的，這是一份根據您的要求撰寫的圖書簡介，該書的名稱為《微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器》。 --- 圖書簡介：《微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器》 本書旨在為電子工程、自動化、計算機科學以及相關領域的學生、工程師和愛好者提供一個全麵而深入的平颱，以理解和掌握現代高性能微控製器——特彆是基於ARM Cortex-M4F架構的STM32係列——的設計原理、編程實踐與實際應用。 一、 核心定位與適用讀者 本書的定位是填補理論知識與工程實踐之間的鴻溝。它不僅關注微控製器（MCU）的“是什麼”，更深入探討其“如何工作”以及“如何高效利用”。我們假定讀者具備基礎的數字電子學知識和C語言編程能力，但對嵌入式係統和特定MCU架構的瞭解有限。 本書特彆適閤以下人群： 高校學生： 作為嵌入式係統設計、物聯網（IoT）開發或數字信號處理課程的教材或參考書。 初/中級嵌入式工程師： 希望從8位或32位低功耗MCU平颱遷移到功能更強大、集成度更高的Cortex-M4F平颱的專業人士。 硬件/軟件交叉領域人員： 需要理解底層硬件如何影響軟件架構，以及如何優化係統性能的研發人員。 二、 內容結構與深度剖析 全書內容圍繞STM32F4係列（作為Cortex-M4F的典型代錶）展開，係統地構建知識體係，分為以下幾個核心模塊： 第一部分：嵌入式係統與Cortex-M4F架構基礎 本部分奠定堅實的理論基礎，聚焦於微控製器係統的心髒——CPU內核。 1. 微控製器係統概述： 對比傳統微處理器與微控製器，闡述STM32在現代嵌入式係統中的地位，介紹其係統級芯片（SoC）的特點。 2. ARM Cortex-M4F 處理器內核詳解： 深入剖析Cortex-M4F的流水綫結構、指令集（Thumb-2），特彆是浮點單元（FPU）的引入及其對DSP和控製算法的影響。講解寄存器組、異常和中斷模型（NVIC），以及內存保護單元（MPU）的基本工作原理。 3. 存儲器映射與啓動流程： 詳細解析STM32的內部存儲器結構，包括閃存（Flash）、SRAM、外設寄存器和總綫矩陣（AHB/APB）。闡述從復位到執行用戶代碼的詳細啓動流程，包括嚮量錶加載和堆棧初始化。 第二部分：STM32外設資源與底層驅動開發 本部分側重於如何與STM32片上集成的豐富外設進行交互，是實現具體功能的核心。 1. 時鍾係統與電源管理： 詳述STM32復雜的多級時鍾樹（RCC），包括HSE/HSI、PLL的配置，以及如何實現係統頻率的精確控製。講解低功耗模式（如Sleep, Stop, Standby）的應用，以滿足便攜式設備的需求。 2. 通用輸入/輸齣（GPIO）與中斷： 覆蓋GPIO的八種工作模式（輸入、推挽輸齣、開漏、復用功能），並重點介紹外部中斷/事件控製器（EXTI）的配置，實現基於事件的快速響應機製。 3. 定時器（Timers）的深度應用： 不僅包括基礎的計數和PWM生成，更深入探討高級定時器（如TIM1/8）在電機控製（互補輸齣、死區控製）和高精度時間測量中的應用。 4. 串行通信接口： 全麵覆蓋UART/USART、SPI和I2C協議的硬件實現和軟件配置。針對高速數據傳輸，闡述DMA（直接內存訪問）與這些通信接口的結閤，實現數據搬運而不占用CPU資源。 5. 模數轉換器（ADC）與數模轉換器（DAC）： 詳細介紹多通道、掃描模式、注入模式的ADC配置，以及如何利用DMA進行高效數據采集。講解DAC在生成模擬信號波形中的作用。 第三部分：高級功能與性能優化 針對高性能計算和實時性要求，本部分集中講解Cortex-M4F的特色功能和軟件工程實踐。 1. 浮點運算單元（FPU）的使用與優化： 講解硬件FPU的寄存器結構、單精度和雙精度浮點操作。指導讀者如何配置編譯器以確保浮點運算被映射到硬件FPU而非軟件庫函數，從而顯著提升算法執行速度。 2. 數字信號處理（DSP）指令集： 介紹SIMD（單指令多數據）指令在Cortex-M4F上的應用，如何利用飽和運算、MAC（乘纍加）操作加速濾波、FFT等常用信號處理算法。 3. 內存訪問與總綫架構優化： 分析總綫仲裁機製和緩存（Cache）對程序執行速度的影響。提供代碼編寫層麵的優化建議，如數據結構對齊、Flash預取緩衝區的配置，以提高內存訪問效率。 4. 實時操作係統（RTOS）集成： 引入FreeRTOS（或其他主流RTOS）的引入，講解任務創建、調度機製、進程間通信（信號量、消息隊列、事件標誌組）以及上下文切換的原理，旨在構建模塊化、可維護的實時嵌入式軟件係統。 第四部分：應用案例與工程實踐 本書的實踐環節采用統一的開發環境（如Keil MDK或STM32CubeIDE），所有代碼示例均采用標準C語言並配有詳細的注釋。 數據采集與處理實例： 結閤ADC和DSP庫，實現一個簡易的傳感器數據預處理模塊。 電機控製基礎： 利用定時器和PWM，實現一個開環直流電機調速係統。 上位機通信： 結閤USART和DMA，構建高速串口數據透傳係統。 三、 技術特色與學習方法 本書最顯著的特點在於其對寄存器級編程與HAL/LL庫抽象的平衡講解。讀者首先學習直接操作寄存器以理解硬件工作細節，隨後學習如何高效使用ST提供的硬件抽象層（HAL）和底層（LL）庫，從而實現代碼的可移植性和快速開發。 通過本書的學習，讀者將不僅能“點亮”LED，更能深入理解STM32高性能微控製器的內部機製，具備設計、調試和優化復雜嵌入式係統的核心能力。 ---

作者簡介

張國清

　　颱灣大學電機工程學博士
　　現任義守大學資訊工程學係專任副教授。其研究專長為微處理器架構、嵌入式係統、作業係統、物聯網、人工智慧等。曾參與過中華電信多項專案研究計畫，曾榮獲Altera亞洲創新設計大賽卓越指導老師奬，也曾獲得義守大學電機資訊學院傑齣教學奬，擁有豐富的實務及教學經驗。

陳延華

　　義守大學電機研究所博士
　　目前任職於義守大學資工係專任教授，本書作者從事程式設計領域教學多年，廣泛接觸各種不同背景與程度的學生，對於毫無基礎或不同程度的初學者，學會如何撰寫程式，有獨特見解與教學方法。

柯鬆源

　　英國剋倫菲爾大學博士
　　從事嵌入式係統設計與分析的工作多年，對微處理器的架構有深入的研究。專長為數位信號處理，雷達工程。曾帶領學生獲得「全國大專院校嵌入式軟體設計競賽」多媒體應用組的優等奬，也曾獲得國科會自由軟體嵌入式係統計畫類績優計畫奬，擁有豐富的實務及教學經驗。

廖冠雄

　　清華大學資訊工程學博士
　　現任義守大學資訊工程學係專任助理教授。其研究專長為無綫網路、物聯網、網際網路電信、光波網路等。擁有多年網路相關課程授課經驗，參與過多項物聯網相關磨課師課程教材開發，對嵌入式係統軟體開發也具有相當的實務經驗。
 

第1章　ARM Cortex-M4處理器與STM32L4微控製器簡介   
1-1　Cortex-M處理器傢族
1-2　ARM Cortex-M4F處理器基本結構
1-3　STM32L476VGT6微處理器

第2章　STM32L4係列微控製器開發平颱與開發工具介紹   
2-1　開發平颱：STM32L476G-DISCO探索闆
2-2　係統需求
2-3　開發工具

第3章　最小軟體係統   
3-1　最小軟體係統製作
3-2　開機啓動程式

第4章　通用輸入輸齣埠GPIO與LED顯示控製   
4-1　GPIO簡介
4-2　GPIO埠基本結構介紹
4-3　LED閃爍的實驗：使用GPIO輸齣控製LED顯示
4-4　LED_Blink專案程式碼解說
4-5　BSP函數庫：使用BSP函數控製LED顯示

第5章　JOYSTICK輸入控製   
5-1　數位輸入設定
5-2　JOYSTICK單鈕控製LED燈（On/Off）
5-3　JOYSTICK單鈕控製LED燈閃爍
5-4　JOYSTICK多鈕控製LED燈狀態

第6章　Glasses LCD顯示控製   
6-1　LCD數位輸入設定
6-2　LCD字型閃爍
6-3　LCD碼錶計時器控製（On/Off）
6-4　LCD字串走馬燈控製

第7章　SysTick係統時鍾與計時器（Timer）   
7-1　振盪器與Systick時鍾
7-2　Systick計時器設定
7-3　內部中斷Timer計時器控製LED燈閃爍
7-4　多個計數器設定與啓用控製

第8章　外部中斷（External Interrupter）控製   
8-1　接腳中斷輸入設定
8-2　JOYSTICK中斷控製LED燈（On/Off）
8-3　JOYSTICK單鈕中斷觸發改變LED燈閃爍速度
8-4　JOYSTICK多按鈕控製LED與LCD

第9章　脈波寬度調變控製   
9-1　計時器PWM模式
9-2　PWM控製的實驗

第10章　即時時鍾控製   
10-1　RTC簡介
10-2　RTC日曆
10-3　RTC鬧鍾
10-4　RTC日曆與鬧鍾功能實驗

第11章　數位至類比轉換器（DAC）   
11-1　DAC原理
11-2　STM32L476VG上的DAC
11-3　DAC轉換的過程
11-4　緩衝輸齣（Buffered Output）
11-5　使用DAC産生鋸齒波

第12章　類比至數位轉換器（ADC）   
12-1　逐次逼近型（SAR：Successive Approximation Register）ADC原理   
12-2　ADC的主要參數
12-3　STM32L476VG上的ADC
12-4　STM32L476VG上ADC的使用
12-5　ADC與DAC綜閤實驗

第13章　UART通訊界麵   
13-1　UART簡介
13-2　輪詢式UART通訊
13-3　中斷式UART通訊
13-4　直接記憶體存取式UART通訊

第14章　音訊錄製與播放   
14-1　原理簡介
14-2　實驗步驟

第15章　微電子陀螺儀感測（SPI）   
15-1　MEMS陀螺儀
15-2　主／從裝置的SPI連接
15-3　利用USART2傳送GYROSCOPE資料
15-4　利用USART2讀取終端機輸入資料控製LED燈On/Off

第16章　運動感測（3軸加速度計與3軸磁力計）   
16-1　原理簡介
16-2　3軸加速度計實驗

作者序

　　微控製器應用領域非常廣泛，它是物聯網、工業控製、嵌入式應用、車用電子、智慧醫療、消費性電子與通訊裝置等領域的核心。隻要是具有智慧化的資訊電子産品，就一定需要微控製器技術，所以學好微控製器技術非常有用，對未來職涯的發展很有助益。那麼要如何學好微控製器呢？微控製器技術是一門實作的課程，如果僅學習理論知識而不動手操作是很難學會的。所以，學好微控製器技術必須做到理論知識與實驗操作兼顧，邊學邊做，方可達到最佳的學習效果。

　　本書作者在微控製器係統理論及實務經驗都相當豐富，為帶領讀者進入微控製器之應用領域，將多年教學經驗，花費許多時間，匯編成冊．本書撰寫是以意法半導體的STM32L476G-DISCO探索闆為硬體開發平颱，利用STM32CubeMX軟體配置微控製器外部周邊，進而生成相應的初始化程式碼，簡化瞭係統開發的工作，所有應用程式以Ｃ語言為基礎來開發，讀者根據本書描述的實驗步驟可輕易上手，並藉此改進和擴充，從而開發齣規模更大、效能更佳、更具智慧的微控製器係統。

　　本書主要內容包括ARM Cortex-M4處理器與STM32L4微控製器簡介、STM32CubeMX、Keil MDK-ARM與STM-Studio開發工具的介紹、通用輸入輸齣埠技術、中斷技術、脈波寬度調變技術、即時時鍾控製技術、A/D與D/A控製技術、串列通信技術、慣性感測器（陀螺儀、加速度計、指南針）技術。本書附有完整的範例程式與詳盡的實驗步驟，帶領讀者逐步完成微控製器程式的設計撰寫，培養讀者微控製器係統的開發能力。

　　本書能夠付梓要感謝五南圖書股份公司王正華主編與協助校正的編輯小組成員。此外，本書涵蓋的內容廣泛，書中錯誤和疏漏之處在所難免，懇請讀者不吝給予指正。
 

ARM Cortex處理器屬於ARMv7架構，如圖1-1，分為Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M三子係列。Cortex-A是一種應用處理器（application processor），它是針對高效能應用平颱係統而設計，通常用於行動運算、智慧型手機、高能效伺服器等。Cortex-R是一種即時處理器（real-time processor），其設計強化瞭即時應用係統的性能與可靠度，適用於硬碟控製器、汽車傳動係統和無綫通訊的基頻控製等領域。Cortex-M是一種微控製處理器（microcontroller processor），專門用於嵌入式微控製領城，具有高成本效益比的優勢，通常用於智能電錶、穿戴式裝置、汽車與工業控製係統、消費電子産品和物聯網等。
 
本書選擇一款STMicroelectronics（義法半導體）STM32L476G-DISCO探索闆作為開發平颱（如圖1-2），此探索闆含有STM32L476VG超低功耗微控製器與豐富的周邊介麵，如LCD顯示器、LED、音訊DAC、麥剋風、慣性感測器（陀螺儀、加速度計、指南針）、搖桿、USB OTG及四路SPI快閃記憶體。其中，STM32L476VGT6微控製器（如圖1-3）是基於高性能ARM Cortex-M4F 32位元RISC內核的超低功耗微控製器，工作頻率高達80 MHz，100 DMIPS性能，Cortex-M4F內核具有單精確度浮點單元（floating point unit, FPU），支援多有ARM單精確度資料處理指令和資料類型，嵌入高速記憶體（1MB快閃記憶體，128KB SRAM）。此探索闆售價在颱幣1000元以下，讀者可於以下網站購得。
 
www.mouser.tw/、https://www.digikey.tw/
 
本章將介紹Cortex-M處理器傢族、Cortex-M4F內核的基本結構，以及基於Cortex-M4F內核的超低功耗STM32L476VG係列的微處理器。
 
1-1　Cortex-M處理器傢族
 
ARM Cortex-M架構，依照係統功能需求分成M0至M4與M7的等級，Cortex-M0用於初階8/16位元應用，Cortex-M3針對中階的16/32位元應用，Cortex-M4主打高階32位元與數位信號控製應用，而Cortex-M7是Cortex-M傢族最新和最高性能的處理器內核，適閤用於旗艦級消費者、工業、醫療和物聯網（IoT）設備。因此，Cortex-M處理器傢族包含各式功能的處理器類型來滿足不同的需求。
 
Cortex-M處理器特性描述
 
Cortex-M0 用於低成本，超低功耗的微控製器和深度嵌入式應用的處理器。
 
Cortex-M0+ 針對小型嵌入式係統的最高能效的處理器，與Cortex-M0處理器接近的尺寸大小和架構，但有額外擴展的功能，如單週期I/O介麵和嚮量錶重定位功能。
 
Cortex-M1 專為FPGA中的實現設計的ARM處理器，與Cortex-M0有相同的指令集。

评分☆☆☆☆☆

這次能拿到《微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器》，實在是一件令人振奮的事情！我對嵌入式係統設計領域一直充滿瞭好奇，尤其是在接觸瞭STM32這個係列的産品後，更是深深被其強大的性能和廣泛的應用所吸引。Cortex-M4F內核的特點，特彆是其在DSP和浮點運算方麵的優勢，讓我對這本書的內容充滿瞭期待。我希望這本書能夠從基礎入手，係統地講解微控製器的核心概念，包括其內部架構、存儲器組織、時鍾係統、以及各種重要的外設模塊，比如GPIO（通用輸入輸齣）、ADC、DAC、定時器、PWM（脈衝寬度調製）輸齣等。我也非常期待書中能詳細介紹如何使用STM32的開發工具鏈，例如Keil MDK或者STM32CubeIDE，以及如何進行代碼調試和優化。對於我個人來說，能夠通過這本書學習到如何將這些理論知識應用到實際的項目中，例如開發一個簡單的智能設備、一個數據采集係統，或者一個控製類的應用，將是我最大的收獲。

评分☆☆☆☆☆

這次拿到《微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器》這本書，感覺就像是收到瞭一份珍貴的禮物。我一直對嵌入式係統開發抱有濃厚的興趣，尤其是在物聯網（IoT）和智能硬件這個領域。STM32係列處理器以其高性價比和強大的性能，在業界享有盛譽，而Cortex-M4F內核更是以其卓越的DSP（數字信號處理）能力和浮點運算能力著稱，這讓我對這本書的內容充滿瞭期待。我希望通過這本書，能夠更深入地理解微控製器的硬件架構，瞭解寄存器、時鍾、中斷等基本概念的底層原理，並且能夠掌握如何利用STM32的豐富外設，例如ADC（模數轉換器）、DAC（數模轉換器）、定時器、UART（通用異步收發器）、SPI（串行外設接口）和I2C（集成電路總綫）等，來實現各種功能。此外，對於嵌入式軟件開發，我尤其關注RTOS（實時操作係統）的應用，比如FreeRTOS，如何在STM32上高效地使用RTOS來管理多任務，進行任務調度和同步，這將是我非常想學習的部分。如果書中能夠提供一些實際的應用案例，例如智能傢居控製、環境監測、或者簡單的機器人控製等，那就更完美瞭。

评分☆☆☆☆☆

收到這本《微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器》讓我感覺像是打開瞭一扇新世界的大門。一直以來，我都對那些能夠讓物理世界與數字世界交互的“大腦”——微控製器——感到非常著迷。Cortex-M4F作為ARM傢族中一顆實力不俗的處理器，其集成的浮點運算能力，對我這種喜歡鑽研一些計算密集型應用的人來說，簡直是夢寐以求。我非常期待這本書能夠帶我深入瞭解微控製器的工作機製，從最基本的時鍾係統、復位機製，到復雜的存儲器訪問、中斷處理流程。我希望它能清晰地解釋各種外設接口的工作原理，比如如何使用ADC采集傳感器數據，如何通過DAC輸齣模擬信號，如何利用定時器精確控製時間，以及如何通過UART、SPI、I2C等進行與其他設備的通信。更重要的是，我希望書中能夠提供一些實際的項目實例，讓我能夠將學到的理論知識轉化為實際的應用，例如構建一個簡單的傳感器網絡，或者實現一個基本的電機控製係統。

评分☆☆☆☆☆

哇，收到這本《微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器》時，我真的超興奮！一直以來，微控製器都給我一種既神秘又迷人的感覺，感覺掌握瞭它，就能像魔術師一樣讓各種電子設備活起來。尤其是我對ARM Cortex-M4F這個處理器架構一直很好奇，聽說它性能強勁，而且還帶FPU（浮點運算單元），這對需要處理一些復雜算法的應用來說簡直是福音。這本書的封麵設計也挺吸引人的，簡潔又不失專業感，感覺就像是通往微控製器世界的鑰匙，讓人迫不及待想打開它一探究竟。我一直希望能找到一本能夠從基礎講起，又不會過於枯燥的書，讓我能夠循序漸進地理解微控製器的核心原理，並且能學到如何在實際項目中應用它們。我對手眼協調、傳感器數據采集、以及一些實時控製算法都挺感興趣的，希望這本書能在這方麵給我提供一些啓發和實用的指導。聽說STM32係列在全球範圍內都非常受歡迎，作為開發者的首選之一，我一直想深入瞭解一下這個生態係統，包括它的開發闆、軟件工具鏈等等，這本書會不會在這方麵也有所涉獵呢？畢竟，光懂理論是不夠的，實際操作和項目經驗同樣重要。

评分☆☆☆☆☆

收到《微控製器原理與應用：基於STM32 ARM Cortex-M4F處理器》這本書，我內心是相當激動和期待的。作為一個在電子行業摸爬滾打多年的工程師，我深知掌握核心技術的重要性。Cortex-M4F處理器本身就集成瞭強大的DSP指令集和硬件浮點單元，這使得它在信號處理、電機控製、以及需要較高實時性要求的應用中有著不可替代的優勢。這本書的齣現，對我來說就像是為我提供瞭一張通往更深層次微控製器開發的地圖。我特彆關注書中是否會深入探討Cortex-M4F的架構特點，例如它的流水綫、分支預測、以及內存管理單元（MMU）或內存保護單元（MPU）等細節。另外，我也很想知道書中是如何講解STM32係列具體的微控製器型號，比如F4係列，它們的內部結構、存儲器映射、以及各種外設的配置和驅動方法。希望書中能夠包含一些實際的調試技巧和代碼優化建議，能夠幫助我寫齣更高效、更可靠的嵌入式程序。