前言PREFACE

“青山遮不住，毕竟东流去”，虽然我们对经典的8位单片机（如MCS51）、16位单片机（如MSP430）积累了大量的技术资料，用起来得心应手，但是单片机复杂的指令、较低的主频、有限的存储空间、极少的片上外设，使其在面对复杂应用时捉襟见肘、难以胜任。尽管8位、16位单片机的应用不会就此结束，但可以肯定的是32位处理器时代已经到来，其性能得到了显著提升，片上资源更加丰富，功能也越来越复杂和完善。

选题背景

在这个大环境下，ARM CortexM3处理器诞生了！由于采用了最新的设计技术，它的逻辑门数更低，性能却更强。许多曾经只能求助于高级32位处理器或DSP的软件设计，都能在CortexM3上运行得很快。

基于ARM的嵌入式系统因为其功能复杂、芯片系列多、开发模式各异，不仅难教而且难学。但是由于各行各业对控制器能力要求“得寸进尺”，而32位嵌入式系统性价比不断提高，促使编者下定决心转型ARM嵌入式开发，经过几年的努力，虽历经风雨，但终见彩虹。

回想学习和教学过程，有几点经验要和大家分享： 一是要选择一个合适的内核，ARM嵌入式处理器无疑是主流产品，市场占有率相当高； 二是要选择合适的基于ARM内核的微控制器，目前意法半导体有限公司（ST Microelectronics）推出的32位CortexM内核的MCU产品市场占有率很高，技术资料全面，官方固件库易学易用； 三是要选择一本合适的教材，编者认为一本好的嵌入式教材应该能够做到由浅入深、循序渐进组织教学内容，理论与实践相结合，“共性”和“个性”兼顾——既能较为系统地介绍嵌入式系统的基本概念和一般原理，又能指导初学者在实际软硬件环境中进行开发实践。

主要内容

针对上述情况，编者根据多年的嵌入式系统教学和开发经验，试图做到内容循序渐进，理论实践并重，共性与个性兼顾，将嵌入式系统的理论知识和基于ARM CortexM3内核的STM32F103微控制器的实际开发经验相结合，编写了本书。

全书共有15章，划分为3部分。

第1部分（第1~3章）为系统平台模块，第1章介绍嵌入式系统定义、ARM内核，以及基于ARM CortexM3内核的STM32微控制器； 第2章对STM32嵌入式开发板硬件平台各模块进行详细介绍； 第3章介绍Keil MDK软件并进行工程模板创建。

第2部分（第4~9章）为基本外设模块，分别对STM32嵌入式系统最常用外设模块进行介绍。第4章讲解通用目的输入输出口，第5章讲解LED流水灯与SysTick定时器，第6章讲解按键输入与蜂鸣器，第7章讲解数码管动态显示，第8章讲解中断系统与基本应用，第9章讲解定时器与脉冲宽度调制。

第3部分（第10~15章）为扩展外设模块，分别对STM32嵌入式系统高级外设模块进行介绍。第10章讲解串行通信接口USART，第11章讲解SPI与OLED显示屏，第12章讲解模拟数字转换器，第13章讲解直接存储器访问，第14章讲解I2C接口与EEPROM，第15章讲解RTC与DS18B20传感器。

无论是基本外设模块，还是扩展外设模块，从第4章到第15章，每章都先对模块涉及的理论知识进行讲解，然后引入项目实例，给出项目实施的具体步骤，项目可以在课堂上完成。整个教学理论与实践一体，学中做，做中学。

本次修订内容

为紧跟技术潮流，持续提升图书质量，编者启动了本次修订工作，主要修订内容如下。

（1） 对模板、文件和代码进行优化，使其结构更加合理，运行更加高效。

（2） 加强了对STM32F103微控制器硬件原理的讲解，包括时钟树和存储器映射等内容，更新教材配套开发板硬件电路。

（3） 将STM32F1系列固件库版本由v3.5升级至v3.6，将嵌入式系统集成开发软件Keil MDK版本由v4.74升级至v5.35。

（4） 增加了对单总线温度传感器DS18B20原理与接口技术的讲解，并为其与RTC模块一起设计了一个综合应用实例。

特色创新

相比于传统的单片机或嵌入式教材，本书特色及改革创新点如下。

（1） 内容新颖，与时俱进。

本书以基于ARM CortexM3内核的STM32F103微控制器为蓝本，讲解嵌入式系统原理及应用，带领读者跨入32位微控制器时代。软件开发使用高级程序设计语言，基于库函数方式，使读者从对底层寄存器的查找和读写工作中解脱出来，而将精力专注于应用程序开发，显著降低了学习难度和门槛，提高了学习效率。

（2） 理实结合，软硬并重。

本书理论与实践相结合，遵循理论够用，重在实践原则，对于每个典型外设模块，在简明扼要地阐述其原理的基础上，围绕其应用，均以一个以上完整案例的形式讨论其设计精髓。本书突出硬件原理讲解，强调底层驱动设计，从最基本的硬件原理和底层硬件出发，讲述无操作系统下的微控制器开发，期望改变嵌入式系统教学过程中重理论轻实践、软件强硬件弱的现状。

（3） 由浅入深，层层递进。

本书以学生认知过程为导向设计逻辑、组织章节内容，先硬件后软件，由浅入深，循序渐进。本书“共性”和“个性”兼顾，从一般到具体，以嵌入式系统的一般原理为主线，结合目前主流的嵌入式处理器和常用嵌入式集成开发工具，由内核到外设逐步讲解，并给出具体应用实例。全书使用项目串联章节，环环相扣，层层递进，既有利于项目扩展，又方便软件移植，使教学过程愈发趋向于项目实战。

（4） 传承经典，守正创新。

ARM嵌入式系统实际上是8位单片机的升级扩展，但是其高性能必然对应复杂度的大幅提高，如果能借助8位单片机的共性的理念、方法和案例，有助于提升读者学习兴趣，使其轻松入门嵌入式开发。本书学习和借鉴了丰富的51单片机技术资料和参考例程，设计了很多源于51单片机又高于51单片机的经典案例，做到了传承与发展的统一。

（5） 数字赋能，提质增效。

本书提供教学课件、微课视频、教学大纲、程序代码和学习素材等全方位、立体化的教学资源，既便于高校教师选用教材开展教学活动，又便于嵌入式技术人员自主学习。本书面向国内主流硬件开发平台，具有通用性，编者也自主设计配套开发板，可免费提供给选用教材的教师教学演示使用。本书附带数字资源，请读者扫描封四勒口处二维码获取。

致谢

在本书的编写过程中参阅了许多资料，在此对所参考资料的作者表示诚挚的感谢。在编写过程中还引用了互联网上最新资讯及报道，在此向原作者和刊发机构表示真挚的谢意，并对不能一一注明来源深表歉意。对于收集到的共享资料没有标明出处或找不到出处的，以及对有些资料进行加工、修改后纳入本书的，在此郑重声明，本书内容仅用于教学，其著作权属于原作者，并向他们表示致敬和感谢。

在本书的编写过程中得到了家人的理解和帮助，并且一直得到清华大学出版社盛东亮、范德一等各位老师的关心和大力支持，清华大学出版社的工作人员也付出了辛勤的劳动，在此谨向支持和关心本书编写的家人、同仁和朋友一并致谢。

由于嵌入式技术的发展日新月异，加之编者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正。

编者

2025年8月