微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书主要内容包括ARM Cortex-M4F处理器与STM32L4微控制器简介、STM32CubeMX、Keil MDK-ARM与STM-Studio开发工具的介绍、通用输入输出埠技术、中断技术、脉波宽度调变技术、即时时钟控制技术、A/D与D/A控制技术、串列通信技术、惯性感测器（陀螺仪、加速度计、指南针）技术。本书附有完整的范例程式与详尽的实验步骤，带领读者逐步完成微控制器程式的设计撰写，培养读者微控制器系统的开发能力。

好的，这是一份根据您的要求撰写的图书简介，该书的名称为《微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器》。 --- 图书简介：《微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器》 本书旨在为电子工程、自动化、计算机科学以及相关领域的学生、工程师和爱好者提供一个全面而深入的平台，以理解和掌握现代高性能微控制器——特别是基于ARM Cortex-M4F架构的STM32系列——的设计原理、编程实践与实际应用。 一、 核心定位与适用读者 本书的定位是填补理论知识与工程实践之间的鸿沟。它不仅关注微控制器（MCU）的“是什么”，更深入探讨其“如何工作”以及“如何高效利用”。我们假定读者具备基础的数字电子学知识和C语言编程能力，但对嵌入式系统和特定MCU架构的了解有限。 本书特别适合以下人群： 高校学生： 作为嵌入式系统设计、物联网（IoT）开发或数字信号处理课程的教材或参考书。 初/中级嵌入式工程师： 希望从8位或32位低功耗MCU平台迁移到功能更强大、集成度更高的Cortex-M4F平台的专业人士。 硬件/软件交叉领域人员： 需要理解底层硬件如何影响软件架构，以及如何优化系统性能的研发人员。 二、 内容结构与深度剖析 全书内容围绕STM32F4系列（作为Cortex-M4F的典型代表）展开，系统地构建知识体系，分为以下几个核心模块： 第一部分：嵌入式系统与Cortex-M4F架构基础 本部分奠定坚实的理论基础，聚焦于微控制器系统的心脏——CPU内核。 1. 微控制器系统概述： 对比传统微处理器与微控制器，阐述STM32在现代嵌入式系统中的地位，介绍其系统级芯片（SoC）的特点。 2. ARM Cortex-M4F 处理器内核详解： 深入剖析Cortex-M4F的流水线结构、指令集（Thumb-2），特别是浮点单元（FPU）的引入及其对DSP和控制算法的影响。讲解寄存器组、异常和中断模型（NVIC），以及内存保护单元（MPU）的基本工作原理。 3. 存储器映射与启动流程： 详细解析STM32的内部存储器结构，包括闪存（Flash）、SRAM、外设寄存器和总线矩阵（AHB/APB）。阐述从复位到执行用户代码的详细启动流程，包括向量表加载和堆栈初始化。 第二部分：STM32外设资源与底层驱动开发 本部分侧重于如何与STM32片上集成的丰富外设进行交互，是实现具体功能的核心。 1. 时钟系统与电源管理： 详述STM32复杂的多级时钟树（RCC），包括HSE/HSI、PLL的配置，以及如何实现系统频率的精确控制。讲解低功耗模式（如Sleep, Stop, Standby）的应用，以满足便携式设备的需求。 2. 通用输入/输出（GPIO）与中断： 覆盖GPIO的八种工作模式（输入、推挽输出、开漏、复用功能），并重点介绍外部中断/事件控制器（EXTI）的配置，实现基于事件的快速响应机制。 3. 定时器（Timers）的深度应用： 不仅包括基础的计数和PWM生成，更深入探讨高级定时器（如TIM1/8）在电机控制（互补输出、死区控制）和高精度时间测量中的应用。 4. 串行通信接口： 全面覆盖UART/USART、SPI和I2C协议的硬件实现和软件配置。针对高速数据传输，阐述DMA（直接内存访问）与这些通信接口的结合，实现数据搬运而不占用CPU资源。 5. 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 详细介绍多通道、扫描模式、注入模式的ADC配置，以及如何利用DMA进行高效数据采集。讲解DAC在生成模拟信号波形中的作用。 第三部分：高级功能与性能优化 针对高性能计算和实时性要求，本部分集中讲解Cortex-M4F的特色功能和软件工程实践。 1. 浮点运算单元（FPU）的使用与优化： 讲解硬件FPU的寄存器结构、单精度和双精度浮点操作。指导读者如何配置编译器以确保浮点运算被映射到硬件FPU而非软件库函数，从而显著提升算法执行速度。 2. 数字信号处理（DSP）指令集： 介绍SIMD（单指令多数据）指令在Cortex-M4F上的应用，如何利用饱和运算、MAC（乘累加）操作加速滤波、FFT等常用信号处理算法。 3. 内存访问与总线架构优化： 分析总线仲裁机制和缓存（Cache）对程序执行速度的影响。提供代码编写层面的优化建议，如数据结构对齐、Flash预取缓冲区的配置，以提高内存访问效率。 4. 实时操作系统（RTOS）集成： 引入FreeRTOS（或其他主流RTOS）的引入，讲解任务创建、调度机制、进程间通信（信号量、消息队列、事件标志组）以及上下文切换的原理，旨在构建模块化、可维护的实时嵌入式软件系统。 第四部分：应用案例与工程实践 本书的实践环节采用统一的开发环境（如Keil MDK或STM32CubeIDE），所有代码示例均采用标准C语言并配有详细的注释。 数据采集与处理实例： 结合ADC和DSP库，实现一个简易的传感器数据预处理模块。 电机控制基础： 利用定时器和PWM，实现一个开环直流电机调速系统。 上位机通信： 结合USART和DMA，构建高速串口数据透传系统。 三、 技术特色与学习方法 本书最显著的特点在于其对寄存器级编程与HAL/LL库抽象的平衡讲解。读者首先学习直接操作寄存器以理解硬件工作细节，随后学习如何高效使用ST提供的硬件抽象层（HAL）和底层（LL）库，从而实现代码的可移植性和快速开发。 通过本书的学习，读者将不仅能“点亮”LED，更能深入理解STM32高性能微控制器的内部机制，具备设计、调试和优化复杂嵌入式系统的核心能力。 ---

作者简介

张国清

　　台湾大学电机工程学博士
　　现任义守大学资讯工程学系专任副教授。其研究专长为微处理器架构、嵌入式系统、作业系统、物联网、人工智慧等。曾参与过中华电信多项专案研究计画，曾荣获Altera亚洲创新设计大赛卓越指导老师奖，也曾获得义守大学电机资讯学院杰出教学奖，拥有丰富的实务及教学经验。

陈延华

　　义守大学电机研究所博士
　　目前任职于义守大学资工系专任教授，本书作者从事程式设计领域教学多年，广泛接触各种不同背景与程度的学生，对于毫无基础或不同程度的初学者，学会如何撰写程式，有独特见解与教学方法。

柯松源

　　英国克伦菲尔大学博士
　　从事嵌入式系统设计与分析的工作多年，对微处理器的架构有深入的研究。专长为数位信号处理，雷达工程。曾带领学生获得「全国大专院校嵌入式软体设计竞赛」多媒体应用组的优等奖，也曾获得国科会自由软体嵌入式系统计画类绩优计画奖，拥有丰富的实务及教学经验。

廖冠雄

　　清华大学资讯工程学博士
　　现任义守大学资讯工程学系专任助理教授。其研究专长为无线网路、物联网、网际网路电信、光波网路等。拥有多年网路相关课程授课经验，参与过多项物联网相关磨课师课程教材开发，对嵌入式系统软体开发也具有相当的实务经验。
 

第1章　ARM Cortex-M4处理器与STM32L4微控制器简介   
1-1　Cortex-M处理器家族
1-2　ARM Cortex-M4F处理器基本结构
1-3　STM32L476VGT6微处理器

第2章　STM32L4系列微控制器开发平台与开发工具介绍   
2-1　开发平台：STM32L476G-DISCO探索板
2-2　系统需求
2-3　开发工具

第3章　最小软体系统   
3-1　最小软体系统制作
3-2　开机启动程式

第4章　通用输入输出埠GPIO与LED显示控制   
4-1　GPIO简介
4-2　GPIO埠基本结构介绍
4-3　LED闪烁的实验：使用GPIO输出控制LED显示
4-4　LED_Blink专案程式码解说
4-5　BSP函数库：使用BSP函数控制LED显示

第5章　JOYSTICK输入控制   
5-1　数位输入设定
5-2　JOYSTICK单钮控制LED灯（On/Off）
5-3　JOYSTICK单钮控制LED灯闪烁
5-4　JOYSTICK多钮控制LED灯状态

第6章　Glasses LCD显示控制   
6-1　LCD数位输入设定
6-2　LCD字型闪烁
6-3　LCD码表计时器控制（On/Off）
6-4　LCD字串走马灯控制

第7章　SysTick系统时钟与计时器（Timer）   
7-1　振盪器与Systick时钟
7-2　Systick计时器设定
7-3　内部中断Timer计时器控制LED灯闪烁
7-4　多个计数器设定与启用控制

第8章　外部中断（External Interrupter）控制   
8-1　接脚中断输入设定
8-2　JOYSTICK中断控制LED灯（On/Off）
8-3　JOYSTICK单钮中断触发改变LED灯闪烁速度
8-4　JOYSTICK多按钮控制LED与LCD

第9章　脉波宽度调变控制   
9-1　计时器PWM模式
9-2　PWM控制的实验

第10章　即时时钟控制   
10-1　RTC简介
10-2　RTC日历
10-3　RTC闹钟
10-4　RTC日历与闹钟功能实验

第11章　数位至类比转换器（DAC）   
11-1　DAC原理
11-2　STM32L476VG上的DAC
11-3　DAC转换的过程
11-4　缓冲输出（Buffered Output）
11-5　使用DAC产生锯齿波

第12章　类比至数位转换器（ADC）   
12-1　逐次逼近型（SAR：Successive Approximation Register）ADC原理   
12-2　ADC的主要参数
12-3　STM32L476VG上的ADC
12-4　STM32L476VG上ADC的使用
12-5　ADC与DAC综合实验

第13章　UART通讯界面   
13-1　UART简介
13-2　轮询式UART通讯
13-3　中断式UART通讯
13-4　直接记忆体存取式UART通讯

第14章　音讯录制与播放   
14-1　原理简介
14-2　实验步骤

第15章　微电子陀螺仪感测（SPI）   
15-1　MEMS陀螺仪
15-2　主／从装置的SPI连接
15-3　利用USART2传送GYROSCOPE资料
15-4　利用USART2读取终端机输入资料控制LED灯On/Off

第16章　运动感测（3轴加速度计与3轴磁力计）   
16-1　原理简介
16-2　3轴加速度计实验

作者序

　　微控制器应用领域非常广泛，它是物联网、工业控制、嵌入式应用、车用电子、智慧医疗、消费性电子与通讯装置等领域的核心。只要是具有智慧化的资讯电子产品，就一定需要微控制器技术，所以学好微控制器技术非常有用，对未来职涯的发展很有助益。那么要如何学好微控制器呢？微控制器技术是一门实作的课程，如果仅学习理论知识而不动手操作是很难学会的。所以，学好微控制器技术必须做到理论知识与实验操作兼顾，边学边做，方可达到最佳的学习效果。

　　本书作者在微控制器系统理论及实务经验都相当丰富，为带领读者进入微控制器之应用领域，将多年教学经验，花费许多时间，汇编成册．本书撰写是以意法半导体的STM32L476G-DISCO探索板为硬体开发平台，利用STM32CubeMX软体配置微控制器外部周边，进而生成相应的初始化程式码，简化了系统开发的工作，所有应用程式以Ｃ语言为基础来开发，读者根据本书描述的实验步骤可轻易上手，并借此改进和扩充，从而开发出规模更大、效能更佳、更具智慧的微控制器系统。

　　本书主要内容包括ARM Cortex-M4处理器与STM32L4微控制器简介、STM32CubeMX、Keil MDK-ARM与STM-Studio开发工具的介绍、通用输入输出埠技术、中断技术、脉波宽度调变技术、即时时钟控制技术、A/D与D/A控制技术、串列通信技术、惯性感测器（陀螺仪、加速度计、指南针）技术。本书附有完整的范例程式与详尽的实验步骤，带领读者逐步完成微控制器程式的设计撰写，培养读者微控制器系统的开发能力。

　　本书能够付梓要感谢五南图书股份公司王正华主编与协助校正的编辑小组成员。此外，本书涵盖的内容广泛，书中错误和疏漏之处在所难免，恳请读者不吝给予指正。
 

ARM Cortex处理器属于ARMv7架构，如图1-1，分为Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M三子系列。Cortex-A是一种应用处理器（application processor），它是针对高效能应用平台系统而设计，通常用于行动运算、智慧型手机、高能效伺服器等。Cortex-R是一种即时处理器（real-time processor），其设计强化了即时应用系统的性能与可靠度，适用于硬碟控制器、汽车传动系统和无线通讯的基频控制等领域。Cortex-M是一种微控制处理器（microcontroller processor），专门用于嵌入式微控制领城，具有高成本效益比的优势，通常用于智能电表、穿戴式装置、汽车与工业控制系统、消费电子产品和物联网等。
 
本书选择一款STMicroelectronics（义法半导体）STM32L476G-DISCO探索板作为开发平台（如图1-2），此探索板含有STM32L476VG超低功耗微控制器与丰富的周边介面，如LCD显示器、LED、音讯DAC、麦克风、惯性感测器（陀螺仪、加速度计、指南针）、摇桿、USB OTG及四路SPI快闪记忆体。其中，STM32L476VGT6微控制器（如图1-3）是基于高性能ARM Cortex-M4F 32位元RISC内核的超低功耗微控制器，工作频率高达80 MHz，100 DMIPS性能，Cortex-M4F内核具有单精确度浮点单元（floating point unit, FPU），支援多有ARM单精确度资料处理指令和资料类型，嵌入高速记忆体（1MB快闪记忆体，128KB SRAM）。此探索板售价在台币1000元以下，读者可于以下网站购得。
 
www.mouser.tw/、https://www.digikey.tw/
 
本章将介绍Cortex-M处理器家族、Cortex-M4F内核的基本结构，以及基于Cortex-M4F内核的超低功耗STM32L476VG系列的微处理器。
 
1-1　Cortex-M处理器家族
 
ARM Cortex-M架构，依照系统功能需求分成M0至M4与M7的等级，Cortex-M0用于初阶8/16位元应用，Cortex-M3针对中阶的16/32位元应用，Cortex-M4主打高阶32位元与数位信号控制应用，而Cortex-M7是Cortex-M家族最新和最高性能的处理器内核，适合用于旗舰级消费者、工业、医疗和物联网（IoT）设备。因此，Cortex-M处理器家族包含各式功能的处理器类型来满足不同的需求。
 
Cortex-M处理器特性描述
 
Cortex-M0 用于低成本，超低功耗的微控制器和深度嵌入式应用的处理器。
 
Cortex-M0+ 针对小型嵌入式系统的最高能效的处理器，与Cortex-M0处理器接近的尺寸大小和架构，但有额外扩展的功能，如单週期I/O介面和向量表重定位功能。
 
Cortex-M1 专为FPGA中的实现设计的ARM处理器，与Cortex-M0有相同的指令集。

评分☆☆☆☆☆

收到这本《微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器》让我感觉像是打开了一扇新世界的大门。一直以来，我都对那些能够让物理世界与数字世界交互的“大脑”——微控制器——感到非常着迷。Cortex-M4F作为ARM家族中一颗实力不俗的处理器，其集成的浮点运算能力，对我这种喜欢钻研一些计算密集型应用的人来说，简直是梦寐以求。我非常期待这本书能够带我深入了解微控制器的工作机制，从最基本的时钟系统、复位机制，到复杂的存储器访问、中断处理流程。我希望它能清晰地解释各种外设接口的工作原理，比如如何使用ADC采集传感器数据，如何通过DAC输出模拟信号，如何利用定时器精确控制时间，以及如何通过UART、SPI、I2C等进行与其他设备的通信。更重要的是，我希望书中能够提供一些实际的项目实例，让我能够将学到的理论知识转化为实际的应用，例如构建一个简单的传感器网络，或者实现一个基本的电机控制系统。

评分☆☆☆☆☆

这次能拿到《微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器》，实在是一件令人振奋的事情！我对嵌入式系统设计领域一直充满了好奇，尤其是在接触了STM32这个系列的产品后，更是深深被其强大的性能和广泛的应用所吸引。Cortex-M4F内核的特点，特别是其在DSP和浮点运算方面的优势，让我对这本书的内容充满了期待。我希望这本书能够从基础入手，系统地讲解微控制器的核心概念，包括其内部架构、存储器组织、时钟系统、以及各种重要的外设模块，比如GPIO（通用输入输出）、ADC、DAC、定时器、PWM（脉冲宽度调制）输出等。我也非常期待书中能详细介绍如何使用STM32的开发工具链，例如Keil MDK或者STM32CubeIDE，以及如何进行代码调试和优化。对于我个人来说，能够通过这本书学习到如何将这些理论知识应用到实际的项目中，例如开发一个简单的智能设备、一个数据采集系统，或者一个控制类的应用，将是我最大的收获。

评分☆☆☆☆☆

收到《微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器》这本书，我内心是相当激动和期待的。作为一个在电子行业摸爬滚打多年的工程师，我深知掌握核心技术的重要性。Cortex-M4F处理器本身就集成了强大的DSP指令集和硬件浮点单元，这使得它在信号处理、电机控制、以及需要较高实时性要求的应用中有着不可替代的优势。这本书的出现，对我来说就像是为我提供了一张通往更深层次微控制器开发的地图。我特别关注书中是否会深入探讨Cortex-M4F的架构特点，例如它的流水线、分支预测、以及内存管理单元（MMU）或内存保护单元（MPU）等细节。另外，我也很想知道书中是如何讲解STM32系列具体的微控制器型号，比如F4系列，它们的内部结构、存储器映射、以及各种外设的配置和驱动方法。希望书中能够包含一些实际的调试技巧和代码优化建议，能够帮助我写出更高效、更可靠的嵌入式程序。

评分☆☆☆☆☆

这次拿到《微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器》这本书，感觉就像是收到了一份珍贵的礼物。我一直对嵌入式系统开发抱有浓厚的兴趣，尤其是在物联网（IoT）和智能硬件这个领域。STM32系列处理器以其高性价比和强大的性能，在业界享有盛誉，而Cortex-M4F内核更是以其卓越的DSP（数字信号处理）能力和浮点运算能力著称，这让我对这本书的内容充满了期待。我希望通过这本书，能够更深入地理解微控制器的硬件架构，了解寄存器、时钟、中断等基本概念的底层原理，并且能够掌握如何利用STM32的丰富外设，例如ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）、定时器、UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和I2C（集成电路总线）等，来实现各种功能。此外，对于嵌入式软件开发，我尤其关注RTOS（实时操作系统）的应用，比如FreeRTOS，如何在STM32上高效地使用RTOS来管理多任务，进行任务调度和同步，这将是我非常想学习的部分。如果书中能够提供一些实际的应用案例，例如智能家居控制、环境监测、或者简单的机器人控制等，那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

哇，收到这本《微控制器原理与应用：基于STM32 ARM Cortex-M4F处理器》时，我真的超兴奋！一直以来，微控制器都给我一种既神秘又迷人的感觉，感觉掌握了它，就能像魔术师一样让各种电子设备活起来。尤其是我对ARM Cortex-M4F这个处理器架构一直很好奇，听说它性能强劲，而且还带FPU（浮点运算单元），这对需要处理一些复杂算法的应用来说简直是福音。这本书的封面设计也挺吸引人的，简洁又不失专业感，感觉就像是通往微控制器世界的钥匙，让人迫不及待想打开它一探究竟。我一直希望能找到一本能够从基础讲起，又不会过于枯燥的书，让我能够循序渐进地理解微控制器的核心原理，并且能学到如何在实际项目中应用它们。我对手眼协调、传感器数据采集、以及一些实时控制算法都挺感兴趣的，希望这本书能在这方面给我提供一些启发和实用的指导。听说STM32系列在全球范围内都非常受欢迎，作为开发者的首选之一，我一直想深入了解一下这个生态系统，包括它的开发板、软件工具链等等，这本书会不会在这方面也有所涉猎呢？毕竟，光懂理论是不够的，实际操作和项目经验同样重要。