STM32F0系列Cortex-M0原理与实践

全书共16章，分为三部分。第一部分包括第1~4章，讲解了Cortex-M0的优势，以及STM32F0软硬件开发的条件和STM32F0软件开发的固件库内容。第二部分包括第5~14章，讲解了LPC17XX的系统定时器、GPIO、NVIC、UART、I2C、SPI、ADC、DAC、PWM、定时器。第三部分包括第15、16章，是综合实例与关于RTX操作系统的高级功能介绍。

张燕妮，大连理工大学硕士毕业，长期从事计算机基础教育/嵌入教育的教学和科研工作，参与了多项企业合作的横向课题，具有丰富的嵌入式开发经验。

第1章 低成本单片机世界的入侵者――Cortex-M0 1
1．1 相比8位（16位）机为何要选择Cortex-M0 1
1．1．1 性能对比 2
1．1．2 8位和16位体系结构的缺点 3
1．1．3 Cortex的软件移植性 3
1．2 如何从8位机过渡到Cortex-M0 4
1．3 编程模型 7
1．3．1 处理器的模式 7
1．3．2 堆栈 8
1．3．3 内核寄存器 8
1．4 存储器模型 11
1．4．1 存储区、类型和属性 12
1．4．2 存储器系统的存储器访问次序 12
1．4．3 存储器访问的行为 13
1．4．4 软件的存储器访问顺序 13
1．5 异常模型 14
1．6 电源管理 19
1．7 指令集 20
1．8 Cortex-M0内核外设 23
1．9 STM32F0系列 23
1．10 小结 24
第2章 开发软件准备 25
2．1 MDK-ARM开发环境 25
2．1．1 ?Vision4 IDE 概述 25
2．1．2 编译、调试现有MDK工程 26
2．1．3 创建一个Keil新项目 27
2．2 仿真器 36
2．2．1 ST-Link 36
2．2．2 J-Link与U-Link2 37
2．3 WinMerge 37
2．4 小结 39
第3章 硬件基础 40
3．1 STM32F0产品特征 40
3．2 系统及存储器概述 41
3．2．1 系统构架 41
3．2．2 存储器组织 42
3．2．3 启动配置 42
3．3 电源控制（PWR） 43
3．3．1 电源 43
3．3．2 电源管理器 44
3．3．3 低功耗模式 45
3．3．4 PWR固件库 46
3．4 复位和时钟控制（RCC） 46
3．4．1 复位 46
3．4．2 时钟 47
3．4．3 低功耗模式 51
3．5 RCC固件库 52
3．6 硬件设计 53
3．7 小结 56
第4章 STM32F0的固件库 57
4．1 ARM的C语言 57
4．1．1 嵌入式C语言的几个特殊之处 57
4．1．2 寄存器访问方式总结 59
4．1．3 struct字节对齐 60
4．1．4 使用volatile 62
4．1．5 RAM中运行程序 62
4．1．6 软件结构 64
4．2 CMSIS 65
4．2．1 CMSIS主要构成 65
4．2．2 使用CMSIS 66
4．3 STM32F0xx标准外设库 67
4．3．1 标准外设库概述 67
4．3．2 STM32F0xx外设驱动文件说明 68
4．3．3 STM32F0xx的CMSIS文件说明 69
4．3．4 库文件夹说明 70
4．3．5 固件库文件 71
4．3．6 MDK ARM中使用固件库实例 74
4．4 小结 75
第5章 通用I/O（GPIO） 76
5．1 GPIO引脚与功能 76
5．1．1 引脚描述 76
5．1．2 GPIO功能描述 77
5．1．3 通用I/O（GPIO） 79
5．1．4 I/O引脚的复用功能和重映射 79
5．1．5 外部中断/唤醒线 80
5．1．6 输入配置 80
5．1．7 输出配置 80
5．1．8 复用功能配置 80
5．1．9 模拟配置 81
5．1．10 HSE或LSE引脚用作GPIO 81
5．1．11 备份域供电下GPIO引脚的使用 81
5．1．12 GPIO复用功能寄存器 81
5．2 GPIO固件库 83
5．3 GPIO应用实例 84
5．4 小结 87
第6章 中断和事件 88
6．1 嵌套向量中断控制器（NVIC） 88
6．1．1 NVIC概述 88
6．1．2 电平中断和脉冲中断 90
6．2 中断和异常向量 91
6．3 扩展中断和事件控制器（EXTI） 93
6．3．1 框图 93
6．3．2 事件管理 94
6．3．3 功能说明 94
6．3．4 外部和内部中断/事件线映像 95
6．4 EXTI固件库 96
6．5 EXTI中断实例 96
6．6 HardFault异常调试实例 98
6．7 小结 99
第7章 通用同步异步收发器（USART） 100
7．1 USART主要功能 100
7．2 STM32F0x的USART功能实现 101
7．3 USART功能描述 102
7．3．1 USART框图 102
7．3．2 USART字符描述 103
7．3．3 发送器 104
7．3．4 接收器 106
7．3．5 多机通信 110
7．3．6 Modbus通信 111
7．3．7 LIN（本地互联网络）模式 112
7．3．8 USART同步模式 113
7．3．9 单线半双工通信 114
7．3．10 RS-232硬件流控制和RS-485驱动使能 114
7．4 USART中断 116
7．5 USART固件库函数 117
7．6 基于USART实现的多个通信标准 121
7．7 接收不定长数据实例 123
7．8 小结 125
第8章 实时时钟（RTC） 126
8．1 主要特性 126
8．2 STM32F0的RTC功能实现 127
8．3 功能描述 127
8．3．1 RTC框图 127
8．3．2 被RTC控制的GPIO 128
8．3．3 时钟和预分频器 128
8．3．4 实时时钟和日历 128
8．3．5 可编程报警 129
8．3．6 RTC初始化及配置 129
8．3．7 读日历寄存器 130
8．3．8 复位过程 131
8．3．9 RTC同步 131
8．3．10 RTC参考时钟检测 131
8．3．11 RTC平滑数字校准 132
8．3．12 时间戳功能 132
8．3．13 侵入检测 132
8．3．14 校准时钟输出 133
8．3．15 报警输出 134
8．4 RTC低功耗模式 134
8．5 RTC中断 134
8．6 固件库 135
8．7 闹钟报警实例 137
8．8 小结 141
第9章 看门狗 142
9．1 STM32F0看门狗概述 142
9．2 独立看门狗（IWDG） 143
9．3 窗口看门狗（WWDG） 145
9．4 固件库 146
9．4．1 IWDG API 146
9．4．2 WWDG固件库 147
9．5 看门狗实例 148
9．6 小结 149
第10章 定时器 150
10．1 STM32F0定时器实现 150
10．2 功能描述 151
10．2．1 时基单元 152
10．2．2 计数器 153
10．2．3 时钟源 154
10．2．4 捕获/比较通道 155
10．2．5 输入捕获模式 156
10．2．6 强制输出模式 157
10．2．7 输出比较模式 157
10．2．8 PWM模式 158
10．2．9 互补输出和死区插入 160
10．2．10 使用刹车功能 161
10．2．11 产生六步PWM输出 162
10．2．12 编码器接口模式 163
10．3 固件库 164
10．4 SPWM实例 168
10．5 小结 171
第11章 模数转换器（ADC） 172
11．1 ADC主要特性 172
11．2 ADC功能描述 173
11．2．1 校准 174
11．2．2 ADC开关控制 174
11．2．3 ADC时钟 175
11．2．4 ADC配置 176
11．2．5 通道选择 176
11．2．6 转换模式 176
11．2．7 启动与停止转换 177
11．3 外部触发和触发极性 178
11．4 数据管理 179
11．5 低功耗特性 180
11．6 ADC中断 181
11．7 ADC固件库 181
11．8 STM32F05x(07x)的DAC与比较器 183
11．9 USB电压监测 184
11．10 小结 186
第12章 DMA控制 187
12．1 DMA主要特性 187
12．2 DMA功能描述 187
12．2．1 DMA原理 187
12．2．2 可编程的数据宽度、数据对齐方式和数据大小端 190
12．2．3 错误管理 190
12．2．4 中断 190
12．2．5 DMA请求映射 190
12．3 固件库 191
12．4 基于DMA的ADC采样 192
12．5 小结 195
第13章 串行外设接口/I2S音频（SPI/I2S） 196
13．1 简介 196
13．1．1 SPI主要特点 196
13．1．2 SPI/I2S具体功能实现 197
13．2 SPI功能描述 197
13．2．1 SPI框图 197
13．2．2 一主、一从通信 198
13．2．3 多从机通信 200
13．2．4 从机选择（NSS）的引脚管理 200
13．2．5 通信格式 201
13．2．6 SPI的初始化 202
13．2．7 数据发送和接收流程 202
13．2．8 状态标志 204
13．2．9 错误标志 204
13．3 SPI中断 205
13．4 SPI固件库 206
13．5 SPI相互通信实例 207
13．6 小结 209
第14章 I2C接口 210
14．1 I2C的主要特点 210
14．2 I2C功能描述 211
14．2．1 I2C1框图 211
14．2．2 I2C模式 212
14．2．3 I2C的初始化 212
14．2．4 数据收发 213
14．2．5 I2C从机模式 215
14．2．6 I2C主模式 217
14．3 I2C中断 219
14．4 I2C固件库 220
14．5 读/写24C02实例 221
14．6 小结 224
第15章 控制器局域网bxCAN 225
15．1 bxCAN概述 225
15．2 bxCAN工作模式 226
15．2．1 初始化模式 227
15．2．2 正常模式 227
15．2．3 睡眠模式（低功耗） 228
15．2．4 测试模式 228
15．2．5 静默模式 228
15．2．6 环回模式 228
15．2．7 环回静默模式 229
15．3 bxCAN功能描述 229
15．3．1 发送 229
15．3．2 时间触发通信模式 231
15．3．3 接收管理 231
15．3．4 标识符过滤 232
15．3．5 报文存储 233
15．3．6 错误管理 234
15．3．7 位时间特性 234
15．4 bxCAN中断 235
15．5 bxCAN固件库 235
15．6 CAN通信实例 237
15．7 小结 241
第16章 RTX实时操作系统应用 242
16．1 RTX概述 242
16．1．1 RTX任务 243
16．1．2 RTX调度 245
16．2 任务通信 247
16．2．1 事件标志 247
16．2．2 互斥量 248
16．2．3 信箱 249
16．3 RTX基础配置 251
16．4 中断任务之间的通信实例 252
16．5 小结 254
第17章 USB电源监测 255
17．1 需求分析 255
17．2 硬件设计 255
17．3 软件设计 256
17．4 小结 259

如果问一个设计人员，产品设计时，选择器件最关心的因素是什么，那么跟得上形势发展可能是常见的、很重要的一个因素。如果问老板选择器件最关心的因素是什么，可能只有“便宜”两个字。ST公司的STM32F0x芯片是一款基于Cortex-M0，兼顾性能与价格优势于一体的32位处理器。ST公司的Cortex-M3系列产品已经在国内拥有大量客户群体，STM32F0x芯片的用户群也在日益扩大中。

Cortex-M0芯片具有小型、低功耗、低闸数、精简程序代码的特点，内建各种模拟与混合信号组件及多种高速通信能力器件，开发人员可以直接跳过16位系统，以接近8位系统的成本开销获取32 位系统的性能。Cortex-M0芯片是学习ARM处理器的最佳入门选择。

STM32F0x在Cortex-M0芯片基础上继承了ST公司Cortex-M3系列产品优点，并对一些不足之处进行了修正（例如I2C外设），还增加了一些优秀功能（例如USART的超时检测），适用于工业控制器、家庭自动化、打印机和白色家电、游戏机、DVD/蓝光播放机和音频/视频接收机等。

STM32F0x具有如下特点。

百货迎百客，按需选择：STM32F0x根据外设情况，将产品划分成多种系列，并不是一种大而全的芯片，用户可根据产品需求与成本选用不同芯片。例如，对于是否需要CAN通信就限制选择范围与成本。

一招鲜吃遍天下：STM32F0x家族成员比较多，但不代表各自为政。STM32F0x家族的外设与引脚位置不是一对一。在相同封装下STM32F0x芯片引脚定义相同，通过外设复用选用不同外设。而且借助ST公司提供STM32F0x固件库开发的应用程序可在STM32F0x家族（只要包含该外设）随意运行。书中的代码除了CAN通信一章，程序可以在各种STM32F0x上运行。

全书共17章。其中第1～4章是基础；第5～15章是外设功能讲解；第16、17章是综合实例与高级功能。

第 1 章首先讲解相比8位机，Cortex-M0的优势，以及如何从8位机过渡到Cortex-M0，并说明Cortex-M0的基础与特征，主要有寄存器、存储器映射、系统总线、存储器保护单元、嵌套中断控制器；最后一部分会说明STM32F0x在同类产品的优势以及特点，为何选用STM32F0x进行产品的开发。

第 2 章主要讲解了进行STM32F0软件开发需要准备的条件，分别介绍了MDK以及J-ink、U-ink、Stlink仿真器。MDK是原Keil公司的产品，对于熟悉Keil C51单片机开发的用户会感受到ARM公司对C8051用户的重视，也非常欢迎该用户群体过渡到Cortex-M0的开发中。

第 3 章讲解有关硬件设计的基础，主要包括STM32F0x的电源、时钟，以及本书所使用的电路图。

第4章讲解进行STM32F0x软件开发的固件库内容。固件库内容涉及了ARM公司的CMSIS标准及ST公司的固件库标准。其中CMSIS是理解目前ARM对软件组织结构以及系统启动文件的规范，也是目前所有Cortex-M内核CPU软件设计的要求与基础。最后讲解了使用ST公司固件库建立工程文件的过程。

第5章～第14章讲解了STM32F0x的系统定时器、GPIO、NVIC、UART、I2C、SPI、ADC、DAC、PWM、定时器、CAN。每1章均提供了1～2个实际项目中的使用实例，涉及实际开发中使用各种芯片的注意事项以及技巧（或者说作者的经验教训）。

第16章讲解RTX操作系统，介绍Keil自带的实时操作系统的原理与使用过程。结合第4章的超级循环和中断模式，读者可根据自己产品特点选用相应的软件程序框架。

第17章是关于如何使用STM32F0x设计一个USB的电流、电压检测器，从设计需求、硬件设计、软件设计等方面进行详细分析，引导读者如何做产品设计、开发。

本书的第1～8章、第10～11章和第13～17章由张燕妮编写，第9章由谢玲和王洪玲编写，第12章由贾芳和丁维才编写，同时丁维才对全书代码进行了验证。

书中讲解的源代码只摘取了与相应章节配套的部分进行了说明，需要完整代码，可从电子工业出版社电子信息出版分社下载。

感谢电子工业出版社的王敬栋、刘海艳两位编辑对本书的大力支持。感谢家人与朋友的理解和支持。

由于STM32F0x家族的新成员仍在不断增加中，并且作者水平有限以及时间仓促，难免有差错和不足之处恳请读者批评指正。

张燕妮