高等院校“十三五”精品规划教材 基于ARM Cortex-M4内核的物联网/嵌入式系统开发教程【2025|PDF下载-Epub版本|mobi电子书|kindle百度云盘下载】

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第1章 嵌入式物联网开发绪论1

1.1 物联网的基本概念1

1.1.1 物联网的定义与特征1

1.1.2 物联网的应用1

1.2 物联网的体系架构2

1.2.1 感知层2

1.2.2 网络层3

1.2.3 应用层4

1.3 嵌入式系统4

1.3.1 嵌入式系统简介4

1.3.2 嵌入式系统的组成5

1.3.3 物联网与嵌入式系统的关系8

1.3.4 嵌入式系统开发软件——Keil9

1.3.5 物联网设备开发与Mbed10

参考资料12

第2章 ARM Cortex-M4技术13

2.1 背景概述13

2.2 核心技术14

2.2.1 内部架构14

2.2.2 内核比较15

2.2.3 Thumb-2指令集17

2.2.4 流水线技术18

2.2.5 寄存器19

2.2.6 工作模式21

2.2.7 异常22

参考资料23

第3章 STM32F401体系结构25

3.1 STM32F401架构25

3.1.1 片内结构25

3.1.2 功能单元描述25

3.2 封装与引脚说明28

参考资料32

第4章 STM32F401功能模块设计34

4.1 电源模块34

4.1.1 电源34

4.1.2 电源监控器35

4.1.3 低功耗模式37

4.1.4 电源控制寄存器38

4.2 复位模块43

4.2.1 系统复位43

4.2.2 电源复位44

4.2.3 备份域复位44

4.3 时钟管理模块44

4.3.1 HSE时钟46

4.3.2 HSI时钟46

4.3.3 PLL配置47

4.3.4 LSE时钟47

4.3.5 LSI时钟47

4.3.6 系统时钟（SYSCLK）选择48

4.4 定时器与看门狗48

4.4.1 高级控制定时器（TIM1）48

4.4.2 通用定时器（TIMx）49

4.4.3 独立看门狗（IWDG）49

4.4.4 窗口看门狗（WWDG）50

4.4.5 SysTick定时器52

4.5 内部存储器模块52

4.5.1 STM32F401内部存储空间52

4.5.2 Flash存储器52

4.5.3 RAM数据存储器55

参考资料56

第5章 通用I/O接口57

5.1 通用I/O功能描述57

5.1.1 GPIO端口57

5.1.2 输入输出多路复用器和映射57

5.1.3 I/O端口寄存器58

5.1.4 GPIO模式59

5.2 通用I/O配置寄存器60

5.2.1 GPIO端口模式寄存器（GPIOx＿MODER）60

5.2.2 GPIO输出类型寄存器（GPIOx＿OTYPER）60

5.2.3 GPIO端口输出速度寄存器（GPIOx＿OSPEEDR）61

5.2.4 GPIO端口上拉下拉寄存器（GPIOx＿PUPDR）61

5.2.5 GPIO端口输入数据寄存器（GPIOx＿IDR）62

5.2.6 GPIO端口输出数据寄存器（GPIOx＿ODR）62

5.2.7 GPIO端口比特置位复位寄存器（GPIOx＿BSRR）63

5.2.8 GPIO端口配置锁存器（GPIOx＿LCKR）63

5.2.9 GPIO复用功能低位寄存器（GPIOx＿AFRL）64

5.2.10 GPIO复用功能高位寄存器（GPIOx＿AFRH）65

5.2.11 RCC AHB1外设时钟使能寄存器（RCC＿AHB1ENR）66

5.3 应用实例66

5.3.1 开发环境与实例说明66

5.3.2 Keil软件使用68

5.3.3 寄存器操作技巧71

5.3.4 GPIO实例代码71

5.3.5 测试结果及分析73

参考资料73

第6章 STM32F401中断机制74

6.1 中断控制74

6.1.1 基本概念74

6.1.2 中断优先级74

6.1.3 中断控制位75

6.1.4 中断过程75

6.1.5 外部中断/事件控制器（EXTI）76

6.1.6 外部中断/事件线映射77

6.2 中断控制寄存器78

6.2.1 NVIC寄存器78

6.2.2 EXTI寄存器79

6.3 应用实例81

6.3.1 开发环境与实例说明81

6.3.2 中断实例代码82

6.3.3 测试结果及分析84

参考资料85

第7章 STM32F401串行通信86

7.1 USART简介及主要功能86

7.2 USART功能描述87

7.2.1 USART结构87

7.2.2 USART字符描述87

7.2.3 发送器89

7.2.4 接收器92

7.2.5 多处理器通信95

7.2.6 LIN（局域互联网络）模式96

7.2.7 USART同步模式97

7.2.8 单线半双工通信98

7.3 应用实例98

7.3.1 开发环境与实例说明98

7.3.2 UART实例代码99

7.3.3 测试结果及分析103

参考资料104

第8章 STM32F401 AD转换器105

8.1 功能描述105

8.1.1 ADC介绍105

8.1.2 ADC功能描述105

8.2 ADC寄存器配置112

8.2.1 ADC状态寄存器（ADC＿SR）112

8.2.2 ADC控制寄存器1（ADC＿CRl）114

8.2.3 ADC寄存器2（ADC＿CR2）117

8.2.4 ADC采样时间寄存器1（ADC＿SMPR1）120

8.2.5 ADC采样时间寄存器2（ADC＿SMPR2）121

8.2.6 ADC注入通道数据偏移寄存器（ADC＿JOFRx）（x＝1..4）122

8.2.7 ADC看门狗高阈值寄存器（ADC＿HTR）122

8.2.8 ADC看门狗低阈值寄存器（ADC＿LTR）123

8.2.9 ADC规则序列寄存器1（ADC＿SQR1）123

8.2.10 ADC规则序列寄存器2（ADC＿SQR2）124

8.2.11 ADC规则序列寄存器3（ADC＿SQR3）124

8.2.12 ADC注入序列寄存器（ADC＿JSQR）125

8.2.13 ADC注入数据寄存器x（ADC＿JDRx）（x＝1..4）126

8.2.14 ADC规则数据寄存器（ADC＿DR）126

8.2.15 ADC通用控制寄存器（ADC＿CCR）126

8.2.16 ADC寄存器映射127

8.3 应用实例128

8.3.1 开发环境与实例说明128

8.3.2 实例代码128

8.3.3 测试结果及分析132

参考资料132

第9章 STM32F401低功耗蓝牙133

9.1 功能描述133

9.1.1 蓝牙技术简介134

9.1.2 BlueNRG142

9.1.3 BALF-NRG-01D3142

9.2 蓝牙模块配置143

9.2.1 Mbed143

9.2.2 可能用到的函数144

9.2.3 程序框架145

9.3 应用实例146

9.3.1 开发环境与实例说明146

9.3.2 蓝牙实例代码147

9.3.3 测试结果及分析149

参考资料149

第10章 STM32F401传感器模块151

10.1 功能描述151

10.2 传感器模块配置157

10.2.1 传感器I2 C地址的选择157

10.2.2 传感器的断开157

10.2.3 可能用到的函数157

10.2.4 程序框架159

10.3 应用实例159

10.3.1 开发环境与实例说明159

10.3.2 传感器模块实例代码160

10.3.3 测试结果及分析161

参考资料161

第11章 嵌入式物联网系统设计与实例163

11.1 传感器数据采集163

11.1.1 温度传感器163

11.1.2 温湿度传感器163

11.1.3 超声波传感器164

11.1.4 烟雾传感器164

11.1.5 声音传感器165

11.1.6 光敏传感器165

11.2 蓝牙气象站实例165

11.2.1 开发环境与实例说明166

11.2.2 蓝牙气象站实例代码166

11.2.3 测试结果及分析177

11.3 设计建议177

第12章 物联网和云180

12.1 物联网需要云180

12.1.1 云计算180

12.1.2 云计算的基本概念术语180

12.1.3 云计算的安全188

12.2 物联网与云的结合189

12.2.1 物联网的端到云189

12.2.2 物联网与云计算结合的模式分类190

12.2.3 物联网与云计算的分阶段融合191

12.2.4 物联网与云计算的结合优势191

12.2.5 物联网与云的结合实例193

12.3 使用Bluemix连接设备实例195

12.3.1 开发环境与实例说明196

12.3.2 测试结果及分析202

参考资料203

附录1 Keil软件使用详细教程205

附录2 Mbed编程实例代码217