基于ARM的单片机应用及实践——GD32案例式教学 第2版
作者：武奇生 刘维宇
ISBN：978-7-111-74623-2
所属丛书：普通高等教育卓越工程能力培养系列教材
本书以国产微处理器为核心，涵盖了基于ARM 的GD32 系统的基本概念、原理、技术和应用案例，以计算机的发展史阐明了单片机技术的最新进展和发展趋势，结合“卓越工程师教育培养计划”和“新工科”等教改要求，以案例式教学为主，在第1 版的基础上增加了以太网协议栈实例和嵌入式操作系统实例等内容，每章的实验和实践均配有相应的视频资料，达到“互联网+”数字化新形态，以实际工程案例为导向，培养学生的工程实践能力。
本书论述严谨、内容新颖、图文并茂，注重基本原理和基本概念的阐述，强调理论联系实际，突出应用技术和实践，通过教学实验和实际场景训练，可巩固掌握单片机理论知识，培养学生的工程能力。
扫描书中二维码可观看实验和实践环节视频，本书还提供PPT 课件、习题答案等电子资源，读者可在机械工业出版社教育服务网（www.cmpedu.com）下载。
本书可作为高等院校自动化及相关专业大学本科的教材或参考教材，也可作为从事检测、自动控制等工作的广大科技人员及工程技术人员的参考用书。
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装订：平装
编辑：刘琴琴
开本：16
出版日期：
2024-04-08
字数：599 千字
最新版印次：2-1
最新印次时间：2024-04-08
定价：69.8
cip：2024016986
图书简介
本书以国产微处理器为核心，涵盖了基于ARM 的GD32 系统的基本概念、原理、技术和应用案例，以计算机的发展史阐明了单片机技术的最新进展和发展趋势，结合“卓越工程师教育培养计划”和“新工科”等教改要求，以案例式教学为主，在第1 版的基础上增加了以太网协议栈实例和嵌入式操作系统实例等内容，每章的实验和实践均配有相应的视频资料，达到“互联网+”数字化新形态，以实际工程案例为导向，培养学生的工程实践能力。
本书论述严谨、内容新颖、图文并茂，注重基本原理和基本概念的阐述，强调理论联系实际，突出应用技术和实践，通过教学实验和实际场景训练，可巩固掌握单片机理论知识，培养学生的工程能力。
扫描书中二维码可观看实验和实践环节视频，本书还提供PPT 课件、习题答案等电子资源，读者可在机械工业出版社教育服务网（www.cmpedu.com）下载。
本书可作为高等院校自动化及相关专业大学本科的教材或参考教材，也可作为从事检测、自动控制等工作的广大科技人员及工程技术人员的参考用书。
作者信息
高等院校教师
章节目录
前言
二维码索引
第1 章 概述 1
1.1 计算机发展史 1
1.1.1 计算机的诞生 1
1.1.2 计算机的发展 5
1.2 计算机体系结构 6
1.2.1 冯·诺依曼架构模型 .6
1.2.2 面向嵌入式应用的架构改进 8
1.3 单片机发展史 10
1.3.1 计算机及早期单片机 10
1.3.2 单片机发展趋势——走向集成、嵌入式 . 11
1.4 ARM、Cortex 和GD32 简介 12
1.4.1 ARM 系列内核 12
1.4.2 Cortex 系列内核 .16
1.4.3 GD32F4xx 系列微控制器 .17
1.4.4 GD32F450 评估板简介 .20
1.5 计算机发展的趋势和工程设计开发 20
1.5.1 计算机发展的趋势 20
1.5.2 嵌入式系统工程设计和开发 21
1.6 小结 24
学习视频 24
习题 24
第2 章 系统及存储器架构 25
2.1 Arm Cortex-M4 处理器 25
2.2 系统架构 26
2.3 存储器映射 29
2.3.1 位带操作 . 32
2.3.2 片上 SRAM 存储器 33
2.3.3 片上 Flash 存储器 . 33
2.4 引导配置 33
2.5 系统配置寄存器（SYSCFG） 34
2.5.1 配置寄存器0（SYSCFG_CFG0） 34
2.5.2 配置寄存器1（SYSCFG_CFG1） 35
2.5.3 EXTI 源选择寄存器0（SYSCFG_EXTISS0） 36
2.5.4 EXTI 源选择寄存器 1（SYSCFG_EXTISS1） 36
2.5.5 EXTI 源选择寄存器 2（SYSCFG_EXTISS2） 39
2.5.6 EXTI 源选择寄存器 3（SYSCFG_EXTISS3） 40
2.5.7 I/O 补偿控制寄存器（SYSCFG_CPSCTL） . 42
2.6 小结 42
实验视频 43
习题 43
第3 章 中断/ 事件控制器 44
3.1 简介 44
3.2 主要特性 44
3.3 中断功能描述 45
3.4 结构框图 48
3.5 外部中断及事件功能概述 49
3.6 EXTI 寄存器 50
3.6.1 中断使能寄存器（EXTI_INTEN） 50
3.6.2 事件使能寄存器（EXTI_EVEN） 51
3.6.3 上升沿触发使能寄存器（EXTI_RTEN） 51
3.6.4 下降沿触发使能寄存器（EXTI_FTEN） 52
3.6.5 软件中断/ 事件寄存器（EXTI_SWIEV） . 52
3.6.6 挂起寄存器（EXTI_PD） . 53
3.7 EXTI 操作实例 53
3.7.1 实例介绍 . 53
3.7.2 程序 . 54
3.7.3 运行结果 . 55
3.8 小结 55
实验视频 55
习题 55
第4 章 通用和备用输入/ 输出接口 56
4.1 简介 56
4.2 主要特性 56
4.3 功能描述 57
4.3.1 GPIO 引脚配置 . 58
4.3.2 外部中断/ 事件线 58
4.3.3 备用功能（AF） 58
4.3.4 附加功能 . 58
4.3.5 输入配置 . 59
4.3.6 输出配置 . 59
4.3.7 模拟配置 . 59
4.3.8 备用功能（AF）配置 60
4.3.9 GPIO 锁定功能 . 60
4.3.10 GPIO 单周期输出翻转功能 . 61
4.4 GPIO 寄存器 61
4.4.1 端口控制寄存器（GPIOx_CTL，x=A~I） 61
4.4.2 端口输出模式寄存器（GPIOx_OMODE，x=A~I） . 63
4.4.3 端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPD，x=A~I） . 64
4.4.4 端口上拉/ 下拉寄存器（GPIOx_PUD，x=A~I） 66
4.4.5 端口输入状态寄存器（GPIOx_ISTAT，x=A~I） . 67
4.4.6 端口输出控制寄存器（GPIOx_OCTL，x=A~I） . 68
4.4.7 端口位操作寄存器（GPIOx_BOP，x=A~I） 68
4.4.8 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LOCK，x=A~I） . 68
4.4.9 备用功能选择寄存器0（GPIOx_AFSEL0，x=A~I） 69
4.4.10 备用功能选择寄存器1（GPIOx_AFSEL1，x=A~I） 70
4.4.11 位清除寄存器（GPIOx_BC，x=A~I） 71
4.4.12 端口位翻转寄存器（GPIOx_TG，x=A~I） 72
4.5 GPIO 操作实例 72
4.5.1 实例介绍 . 72
4.5.2 程序 . 72
4.5.3 运行结果 . 74
4.6 小结 74
实验视频 74
习题 74
第5 章 直接存储器访问控制器 75
5.1 简介 75
5.2 主要特性 75
5.3 结构框图 76
5.4 功能描述 77
5.4.1 外设握手 . 78
5.4.2 数据处理 . 78
5.4.3 地址生成 . 79
5.4.4 循环模式 . 79
5.4.5 存储切换模式 . 80
5.4.6 传输控制器 . 80
5.4.7 传输操作 . 80
5.4.8 传输完成 . 81
5.4.9 通道配置 . 82
5.5 中断 83
5.5.1 标志 . 84
5.5.2 异常 . 84
5.5.3 错误 . 85
5.6 DMA 寄存器 85
5.6.1 中断标志位寄存器0（DMA_INTF0） . 85
5.6.2 中断标志位寄存器1（DMA_INTF1） . 86
5.6.3 中断标志位清除寄存器0（DMA_INTC0） 87
5.6.4 中断标志位清除寄存器1（DMA_INTC1） 87
5.6.5 通道x 控制寄存器（DMA_CHxCTL） . 89
5.6.6 通道x 计数寄存器（DMA_CHxCNT） . 92
5.6.7 通道x 外设基地址寄存器（DMA_CHxPADDR） . 93
5.6.8 通道x 存储器0 基地址寄存器（DMA_CHxM0ADDR） 93
5.6.9 通道x 存储器1 基地址寄存器（DMA_CHxM1ADDR） 94
5.6.10 通道xFIFO 控制寄存器（DMA_CHxFCTL） 94
5.7 DMA 操作实例 95
5.7.1 实例介绍 . 95
5.7.2 程序 . 96
5.7.3 运行结果 . 99
5.8 小结 100
实验视频 100
习题 100
第6 章 调试 101
6.1 简介 101
6.2 JTAG/SW 功能描述 101
6.2.1 切换JTAG/SW 接口 . 101
6.2.2 引脚分配 . 102
6.2.3 JTAG 链状结构 . 102
6.2.4 调试复位 . 102
6.2.5 JEDEC-106 ID 代码 103
6.3 调试保持功能描述 103
6.3.1 低功耗模式调试支持 . 103
6.3.2 TIMER、I2C、RTC、WWDGT、FWDGT 和CAN
外设调试支持 . 103
6.4 DBG 寄存器 103
6.4.1 ID 寄存器（DBG_ID） 103
6.4.2 控制寄存器0（DBG_CTL0） . 104
6.4.3 控制寄存器1（DBG_CTL1） . 105
6.4.4 控制寄存器2（DBG_CTL2） . 107
6.5 小结 108
实验视频 108
习题 108
第7 章 模数转换器 109
7.1 简介 109
7.2 主要特征 109
7.3 引脚和内部信号 110
7.4 功能描述 111
7.4.1 校准（CLB） 111
7.4.2 ADC 时钟 112
7.4.3 ADCON 开关 112
7.4.4 规则组和注入组 . 112
7.4.5 转换模式 . 112
7.4.6 注入组通道管理 . 116
7.4.7 模拟看门狗 . 117
7.4.8 数据对齐 . 117
7.4.9 可编程的采样时间 . 118
7.4.10 外部触发 . 118
7.4.11 DMA 请求 . 120
7.4.12 溢出检测 . 120
7.4.13 温度传感器，内部参考电压VREFINT 和外部电池电压VBAT 120
7.4.14 可编程分辨率（DRES）——快速转换模式 120
7.4.15 片上硬件过采样 . 121
7.5 ADC 同步模式 122
7.5.1 独立模式 . 122
7.5.2 规则并行模式 . 122
7.5.3 注入并行模式 . 123
7.5.4 跟随模式 . 124
7.5.5 交替触发模式 . 124
7.5.6 规则并行和注入并行组合模式 . 125
7.5.7 规则并行和交替触发组合模式 . 126
7.5.8 在ADC 同步模式中使用DMA . 127
7.6 中断 127
7.7 ADC 寄存器 128
7.7.1 状态寄存器（ADC_STAT） 128
7.7.2 控制寄存器 0（ADC_CTL0） . 129
7.7.3 控制寄存器1（ADC_CTL1） . 131
7.7.4 采样时间寄存器0（ADC_SAMPT0） . 134
7.7.5 采样时间寄存器1（ADC_SAMPT1） . 134
7.7.6 注入通道数据偏移寄存器x（ADC_IOFFx）（x=0~3） . 135
7.7.7 看门狗高阈值寄存器（ADC_WDHT） . 136
7.7.8 看门狗低阈值寄存器（ADC_WDLT） 136
7.7.9 规则序列寄存器0（ADC_RSQ0） . 137
7.7.10 规则序列寄存器1（ADC_RSQ1） . 137
7.7.11 规则序列寄存器2（ADC_RSQ2） . 138
7.7.12 注入序列寄存器（ADC_ISQ） . 139
7.7.13 注入数据寄存器x（ADC_IDATAx）（x=0~3） 139
二维码索引
第1 章 概述 1
1.1 计算机发展史 1
1.1.1 计算机的诞生 1
1.1.2 计算机的发展 5
1.2 计算机体系结构 6
1.2.1 冯·诺依曼架构模型 .6
1.2.2 面向嵌入式应用的架构改进 8
1.3 单片机发展史 10
1.3.1 计算机及早期单片机 10
1.3.2 单片机发展趋势——走向集成、嵌入式 . 11
1.4 ARM、Cortex 和GD32 简介 12
1.4.1 ARM 系列内核 12
1.4.2 Cortex 系列内核 .16
1.4.3 GD32F4xx 系列微控制器 .17
1.4.4 GD32F450 评估板简介 .20
1.5 计算机发展的趋势和工程设计开发 20
1.5.1 计算机发展的趋势 20
1.5.2 嵌入式系统工程设计和开发 21
1.6 小结 24
学习视频 24
习题 24
第2 章 系统及存储器架构 25
2.1 Arm Cortex-M4 处理器 25
2.2 系统架构 26
2.3 存储器映射 29
2.3.1 位带操作 . 32
2.3.2 片上 SRAM 存储器 33
2.3.3 片上 Flash 存储器 . 33
2.4 引导配置 33
2.5 系统配置寄存器（SYSCFG） 34
2.5.1 配置寄存器0（SYSCFG_CFG0） 34
2.5.2 配置寄存器1（SYSCFG_CFG1） 35
2.5.3 EXTI 源选择寄存器0（SYSCFG_EXTISS0） 36
2.5.4 EXTI 源选择寄存器 1（SYSCFG_EXTISS1） 36
2.5.5 EXTI 源选择寄存器 2（SYSCFG_EXTISS2） 39
2.5.6 EXTI 源选择寄存器 3（SYSCFG_EXTISS3） 40
2.5.7 I/O 补偿控制寄存器（SYSCFG_CPSCTL） . 42
2.6 小结 42
实验视频 43
习题 43
第3 章 中断/ 事件控制器 44
3.1 简介 44
3.2 主要特性 44
3.3 中断功能描述 45
3.4 结构框图 48
3.5 外部中断及事件功能概述 49
3.6 EXTI 寄存器 50
3.6.1 中断使能寄存器（EXTI_INTEN） 50
3.6.2 事件使能寄存器（EXTI_EVEN） 51
3.6.3 上升沿触发使能寄存器（EXTI_RTEN） 51
3.6.4 下降沿触发使能寄存器（EXTI_FTEN） 52
3.6.5 软件中断/ 事件寄存器（EXTI_SWIEV） . 52
3.6.6 挂起寄存器（EXTI_PD） . 53
3.7 EXTI 操作实例 53
3.7.1 实例介绍 . 53
3.7.2 程序 . 54
3.7.3 运行结果 . 55
3.8 小结 55
实验视频 55
习题 55
第4 章 通用和备用输入/ 输出接口 56
4.1 简介 56
4.2 主要特性 56
4.3 功能描述 57
4.3.1 GPIO 引脚配置 . 58
4.3.2 外部中断/ 事件线 58
4.3.3 备用功能（AF） 58
4.3.4 附加功能 . 58
4.3.5 输入配置 . 59
4.3.6 输出配置 . 59
4.3.7 模拟配置 . 59
4.3.8 备用功能（AF）配置 60
4.3.9 GPIO 锁定功能 . 60
4.3.10 GPIO 单周期输出翻转功能 . 61
4.4 GPIO 寄存器 61
4.4.1 端口控制寄存器（GPIOx_CTL，x=A~I） 61
4.4.2 端口输出模式寄存器（GPIOx_OMODE，x=A~I） . 63
4.4.3 端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPD，x=A~I） . 64
4.4.4 端口上拉/ 下拉寄存器（GPIOx_PUD，x=A~I） 66
4.4.5 端口输入状态寄存器（GPIOx_ISTAT，x=A~I） . 67
4.4.6 端口输出控制寄存器（GPIOx_OCTL，x=A~I） . 68
4.4.7 端口位操作寄存器（GPIOx_BOP，x=A~I） 68
4.4.8 端口配置锁定寄存器（GPIOx_LOCK，x=A~I） . 68
4.4.9 备用功能选择寄存器0（GPIOx_AFSEL0，x=A~I） 69
4.4.10 备用功能选择寄存器1（GPIOx_AFSEL1，x=A~I） 70
4.4.11 位清除寄存器（GPIOx_BC，x=A~I） 71
4.4.12 端口位翻转寄存器（GPIOx_TG，x=A~I） 72
4.5 GPIO 操作实例 72
4.5.1 实例介绍 . 72
4.5.2 程序 . 72
4.5.3 运行结果 . 74
4.6 小结 74
实验视频 74
习题 74
第5 章 直接存储器访问控制器 75
5.1 简介 75
5.2 主要特性 75
5.3 结构框图 76
5.4 功能描述 77
5.4.1 外设握手 . 78
5.4.2 数据处理 . 78
5.4.3 地址生成 . 79
5.4.4 循环模式 . 79
5.4.5 存储切换模式 . 80
5.4.6 传输控制器 . 80
5.4.7 传输操作 . 80
5.4.8 传输完成 . 81
5.4.9 通道配置 . 82
5.5 中断 83
5.5.1 标志 . 84
5.5.2 异常 . 84
5.5.3 错误 . 85
5.6 DMA 寄存器 85
5.6.1 中断标志位寄存器0（DMA_INTF0） . 85
5.6.2 中断标志位寄存器1（DMA_INTF1） . 86
5.6.3 中断标志位清除寄存器0（DMA_INTC0） 87
5.6.4 中断标志位清除寄存器1（DMA_INTC1） 87
5.6.5 通道x 控制寄存器（DMA_CHxCTL） . 89
5.6.6 通道x 计数寄存器（DMA_CHxCNT） . 92
5.6.7 通道x 外设基地址寄存器（DMA_CHxPADDR） . 93
5.6.8 通道x 存储器0 基地址寄存器（DMA_CHxM0ADDR） 93
5.6.9 通道x 存储器1 基地址寄存器（DMA_CHxM1ADDR） 94
5.6.10 通道xFIFO 控制寄存器（DMA_CHxFCTL） 94
5.7 DMA 操作实例 95
5.7.1 实例介绍 . 95
5.7.2 程序 . 96
5.7.3 运行结果 . 99
5.8 小结 100
实验视频 100
习题 100
第6 章 调试 101
6.1 简介 101
6.2 JTAG/SW 功能描述 101
6.2.1 切换JTAG/SW 接口 . 101
6.2.2 引脚分配 . 102
6.2.3 JTAG 链状结构 . 102
6.2.4 调试复位 . 102
6.2.5 JEDEC-106 ID 代码 103
6.3 调试保持功能描述 103
6.3.1 低功耗模式调试支持 . 103
6.3.2 TIMER、I2C、RTC、WWDGT、FWDGT 和CAN
外设调试支持 . 103
6.4 DBG 寄存器 103
6.4.1 ID 寄存器（DBG_ID） 103
6.4.2 控制寄存器0（DBG_CTL0） . 104
6.4.3 控制寄存器1（DBG_CTL1） . 105
6.4.4 控制寄存器2（DBG_CTL2） . 107
6.5 小结 108
实验视频 108
习题 108
第7 章 模数转换器 109
7.1 简介 109
7.2 主要特征 109
7.3 引脚和内部信号 110
7.4 功能描述 111
7.4.1 校准（CLB） 111
7.4.2 ADC 时钟 112
7.4.3 ADCON 开关 112
7.4.4 规则组和注入组 . 112
7.4.5 转换模式 . 112
7.4.6 注入组通道管理 . 116
7.4.7 模拟看门狗 . 117
7.4.8 数据对齐 . 117
7.4.9 可编程的采样时间 . 118
7.4.10 外部触发 . 118
7.4.11 DMA 请求 . 120
7.4.12 溢出检测 . 120
7.4.13 温度传感器，内部参考电压VREFINT 和外部电池电压VBAT 120
7.4.14 可编程分辨率（DRES）——快速转换模式 120
7.4.15 片上硬件过采样 . 121
7.5 ADC 同步模式 122
7.5.1 独立模式 . 122
7.5.2 规则并行模式 . 122
7.5.3 注入并行模式 . 123
7.5.4 跟随模式 . 124
7.5.5 交替触发模式 . 124
7.5.6 规则并行和注入并行组合模式 . 125
7.5.7 规则并行和交替触发组合模式 . 126
7.5.8 在ADC 同步模式中使用DMA . 127
7.6 中断 127
7.7 ADC 寄存器 128
7.7.1 状态寄存器（ADC_STAT） 128
7.7.2 控制寄存器 0（ADC_CTL0） . 129
7.7.3 控制寄存器1（ADC_CTL1） . 131
7.7.4 采样时间寄存器0（ADC_SAMPT0） . 134
7.7.5 采样时间寄存器1（ADC_SAMPT1） . 134
7.7.6 注入通道数据偏移寄存器x（ADC_IOFFx）（x=0~3） . 135
7.7.7 看门狗高阈值寄存器（ADC_WDHT） . 136
7.7.8 看门狗低阈值寄存器（ADC_WDLT） 136
7.7.9 规则序列寄存器0（ADC_RSQ0） . 137
7.7.10 规则序列寄存器1（ADC_RSQ1） . 137
7.7.11 规则序列寄存器2（ADC_RSQ2） . 138
7.7.12 注入序列寄存器（ADC_ISQ） . 139
7.7.13 注入数据寄存器x（ADC_IDATAx）（x=0~3） 139
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