黨的二十大報(bào)告中指出： 教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，這三大戰(zhàn)略共同服務(wù)于創(chuàng)新型國家的建設(shè)。高等教育與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展緊密相連，對促進(jìn)就業(yè)創(chuàng)業(yè)、助力經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、增進(jìn)人民福祉具有重要意義。
一方面，在信息技術(shù)越來越發(fā)達(dá)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(biāo)，到無人機(jī)、3D打印機(jī)，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(guān)領(lǐng)域的沖突不斷升級，國內(nèi)相關(guān)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(shí)通常會碰到兩個(gè)問題： ①
貨源供應(yīng)不穩(wěn)定，產(chǎn)能隨時(shí)會受限制； ②
芯片價(jià)格波動(dòng)大，給終端產(chǎn)品的市場定價(jià)、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(guān)行業(yè)上下游廠家的共識。但是，國產(chǎn)芯片由于發(fā)展時(shí)間相對較短，廠家在選用國產(chǎn)芯片替代時(shí)又存在配套學(xué)習(xí)資源缺乏、熟練的技術(shù)人員招聘困難等問題。因此，無論是高校相關(guān)專業(yè)的師生還是智能硬件相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)人員，都急需一套專門針對國產(chǎn)ARM芯片的基礎(chǔ)教程。
針對上述現(xiàn)狀，作者總結(jié)多年的嵌入式研發(fā)與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、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(jī)開發(fā)涉及的知識點(diǎn)，并為所有知識點(diǎn)都配套了講解詳細(xì)的視頻，同時(shí)配有實(shí)用性強(qiáng)的案例、與工程實(shí)際接近的參考代碼等電子資源，使讀者學(xué)完本書內(nèi)容后可以直接上手實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)。同時(shí)，作者聯(lián)合業(yè)內(nèi)知名的國產(chǎn)ARM芯片應(yīng)用廠家開發(fā)了一套與教材內(nèi)容適配的開發(fā)板，開發(fā)板制作精良、價(jià)格實(shí)惠，此開發(fā)板既可作為學(xué)習(xí)工具，同時(shí)其各個(gè)模組的案例代碼也可在后續(xù)的實(shí)際項(xiàng)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(chǔ)知識，從原理、方法、工程實(shí)踐等多視角介紹ARM MCU嵌入式開發(fā)中的各種常用技術(shù)，為每個(gè)知識點(diǎn)配備了開發(fā)案例(配套電子資源，有翔實(shí)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(shù)原理，為后續(xù)整個(gè)技術(shù)生涯奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。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(chǔ)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(chǔ)及硬件電路的基礎(chǔ)知識。
本書中的案例全部采用GD官方的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)開發(fā)完成，案例均采用模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，各種模塊代碼既可以供讀者在學(xué)習(xí)時(shí)模仿復(fù)現(xiàn)，也可以在將來的技術(shù)開發(fā)中直接復(fù)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
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(gòu)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(shù)簡介
1.2ARM簡史
1.2.1ARM的發(fā)展歷程
1.2.2ARM架構(gòu)的變遷
1.2.3ARM嵌入式開發(fā)的學(xué)習(xí)路線
1.3準(zhǔn)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(zhǔn)備
1.3.3創(chuàng)建GD32F10x模板工程點(diǎn)亮一個(gè)LED
1.4小結(jié)
1.5練習(xí)題
1.6實(shí)驗(yàn)： 更改模板工程軟件，點(diǎn)亮兩個(gè)LED
第2章GD32F10x的架構(gòu)（99min）
2.1圖靈機(jī)與計(jì)算機(jī)架構(gòu)
2.1.1圖靈機(jī)簡介
2.1.2馮·諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)
2.1.3算術(shù)邏輯部件與鎖存器
2.2CortexM3架構(gòu)簡介
2.2.1架構(gòu)總覽
2.2.2CortexM3的重點(diǎn)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(gòu)的實(shí)現(xiàn)
2.3.1總體架構(gòu)
2.3.2存儲器與映射
2.3.3啟動(dòng)配置
2.3.4電源控制
2.3.5復(fù)位
2.3.6時(shí)鐘控制
2.4小結(jié)
2.5練習(xí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)
3.7練習(xí)題
3.8實(shí)驗(yàn)： 物理按鍵軟件消抖
3.8.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
3.8.2實(shí)驗(yàn)方法分析
3.8.3實(shí)驗(yàn)代碼
3.8.4實(shí)驗(yàn)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(jī)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(guān)函數(shù)
4.4.2EXTI外部中斷響應(yīng)處理相關(guān)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(jié)
4.7練習(xí)題
4.8實(shí)驗(yàn)： 上升沿和雙邊沿觸發(fā)的中斷
4.8.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
4.8.2實(shí)驗(yàn)方法分析
4.8.3實(shí)驗(yàn)代碼
4.8.4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
第5章定時(shí)器（439min）
5.1理解定時(shí)器
5.1.1可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器
5.1.2理解GD32F10x的時(shí)鐘樹
5.2系統(tǒng)滴答定時(shí)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(shí)時(shí)時(shí)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(dú)立看門狗
5.4.2窗口看門狗
5.4.3看門狗案例獨(dú)立看門狗使用示例
5.5定時(shí)器
5.5.1基本定時(shí)器
5.5.2通用定時(shí)器
5.5.3高級定時(shí)器
5.5.4定時(shí)器使用
5.6小結(jié)
5.7練習(xí)題
5.8實(shí)驗(yàn)： PWM實(shí)現(xiàn)呼吸燈效果
5.8.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
5.8.2實(shí)驗(yàn)方法分析
5.8.3實(shí)驗(yàn)代碼
5.8.4實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)框圖
6.2.2利用庫函數(shù)設(shè)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(biāo)
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(jié)
6.5練習(xí)題
6.6UART實(shí)驗(yàn)： UART的中斷式接收
6.6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
6.6.2實(shí)驗(yàn)方法分析
6.6.3實(shí)驗(yàn)代碼
6.6.4實(shí)驗(yàn)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?fàn)顟B(tài)
7.2.3時(shí)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(bào)文錯(cuò)誤校驗(yàn)
7.2.7狀態(tài)、錯(cuò)誤和中斷
7.3I2C案例： 軟件模擬I2C控制LM75AD
7.3.1案例目標(biāo)
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(jié)
7.5練習(xí)題
7.6I2C實(shí)驗(yàn)： 硬件I2C控制OLED屏顯示
7.6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
7.6.2實(shí)驗(yàn)方法分析
7.6.3實(shí)驗(yàn)代碼
7.6.4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
第8章串行外設(shè)SPI（252min）
8.1認(rèn)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(shè)
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(biāo)
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(jié)
8.5練習(xí)題
8.6SPI案例： 硬件SPI操作W25Q32
8.6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
8.6.2實(shí)驗(yàn)方法分析
8.6.3實(shí)驗(yàn)代碼
8.6.4實(shí)驗(yàn)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(shè)
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(jié)
9.4練習(xí)題
9.5CAT實(shí)驗(yàn)： 自回環(huán)通信模式案例
9.5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
9.5.2實(shí)驗(yàn)方法分析
9.5.3實(shí)驗(yàn)代碼
9.5.4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
第10章模數(shù)轉(zhuǎn)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(shè)
10.2.1ADC電源與時(shí)鐘
10.2.2ADC通道和轉(zhuǎn)換順序
10.2.3運(yùn)行模式
10.2.4采樣時(shí)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(shí)現(xiàn)ADC步驟
10.4小結(jié)
10.5練習(xí)題
10.6ADC實(shí)驗(yàn)： 測量光敏電阻的阻值
10.6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
10.6.2實(shí)驗(yàn)方法分析
10.6.3實(shí)驗(yàn)代碼
10.6.4實(shí)驗(yàn)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(diǎn)
11.3.3DMA流程解析
11.4小結(jié)
11.5練習(xí)題
11.6DMA實(shí)驗(yàn)： DMA ADC搖桿用法
11.6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
11.6.2實(shí)驗(yàn)方法分析
11.6.3實(shí)驗(yàn)代碼
11.6.4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
第12章電機(jī)控制入門（248min）
12.1舵機(jī)
12.1.1構(gòu)成原理
12.1.2使用方法
12.1.3舵機(jī)案例： 旋轉(zhuǎn)編碼器控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)
12.2步進(jìn)電機(jī)
12.2.1工作原理
12.2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003
12.3小結(jié)
12.4練習(xí)題
12.5步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)： 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制
12.5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
12.5.2實(shí)驗(yàn)方法分析
12.5.3實(shí)驗(yàn)代碼
12.5.4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
參考文獻(xiàn)
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