STM8单片机应用基础与实践

STM8单片机应用基础与实践 教材名称: STM8单片机应用基础与实践
ISBN号: 978-7-89535-361-9 作者: 林瑾
字数: 456千字 规格: 16开
印制时间: 2024-08-01 出版日期: 2024-08-01
定价: 54.8 元 样章下载: 《STM8单片机应用基础与实践》样章.pdf
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    在当今快速发展的信息技术时代,嵌入式系统以其独特的灵活性和广泛的适用性,在工业控制、智能设备、物联网等多个领域发挥着不可替代的作用。而作为嵌入式系统核心的微控制器,更是技术进步与创新的基石。《STM8单片机应用基础与实践》正是在这样的背景下应运而生,旨在为广大的电子工程技术人员、高校师生以及电子爱好者提供一套系统、实用的学习与参考资料,以期激发更多创意与应用的可能性。
本教材专注于STM8系列单片机,这是意法半导体(STMicroelectronics)推出的一款高性能、低成本的8位微控制器,广泛应用于各种嵌入式控制系统中。STM8单片机凭借其卓越的性价比、丰富的外设资源以及强大的开发支持,成为众多项目首选的控制芯片之一。
【TOPCARES方法学】
    广东东软学院将CDIO工程教育理念中国化和本校化,在充分考虑学生、教师、产业和社会等利益相关者需求的基础上,结合中国高等教育的实际以及本校在IT应用型人才培养方面的实践,构建了具有东软特色的TOPCARES人才培养模式,并在全校范围内实施了全面的、系统的TOPCARES教育教学改革。
TOPCARES体现了广东东软学院“教育创造学生价值”理念的发展与延伸,是东软教育对学生的最高关注的八大能力的英文首个字母的组合,即:技术知识与推理能力(Technical knowledge and reasoning),开放式思维与创新(Open thinking and innovation),个人职业能力(Personal and professional skills),沟通表达与团队合作(Communication and teamwork),态度与习惯(Attitude and manner),责任感(Responsibility),价值观(Ethical values),实践构思、设计、实现和运行为社会的贡献(Social contribution by application practice CDIO)。
为将这种教育教学改革的理念深入落实到每一门课程的教学过程中,学校组织开展了TOPCARES系列教材的建设。本系列教材是TOPCARES教育教学改革在教学实施过程中的集中体现,它不仅承载着课程和项目的教学内容,而且贯穿和体现着TOPCARES改革的教育教学思想、策略与方法,是在系统化理论的指导下,将知识、能力、素质培养进行一体化设计,有机融合在教材体系中。教材的编写采取了全新的TOPCARES教育教学理念、模式、方法与规范,以能力培养为主线,以案例教学为引导,以项目为载体,充分体现“做中学”和“学中做”的思想。
【本教材主要特点】
    (1)本教程以工程教育理念为指导,遵循TOPCARES教学模式。不仅介绍STM8单片机的相关知识,更注重完成一个单片机工程项目能力的训练。
    (2)本教材的内容分为知识和项目两部分,并以项目为核心将知识与技能有机地结合在一起。本教材以典型的嵌入式系统工程项目为主线贯穿全教材展开各部分的知识。在每一章中除了介绍相关知识外,又辅以若干个案例的训练,将知识转化为解决问题的技能。
    (3)该教材内容全面、系统,涵盖了基础知识、STM8单片机概述、指令系统与编程、内部资源与应用、外部接口与扩展、开发环境与工具及应用实例与项目等方面的知识。此外,教材中还配备了丰富实践环节,帮助学生加深理解和掌握。
    (4)该教材注重实践和应用,通过具体案例和应用来介绍单片机的应用,帮助学生了解实际应用中的问题。同时,教材中的实验和实践环节也以结果为导向,帮助学生提高实际操作能力和问题解决能力。
    (5)本教材中设置“知识点”“习题”等环节。以项目为导向,先引入相关的知识和理论,分析引出相关知识点理论讲解,硬件设计与编程设计,再通过项目任务驱动让学生动手实践,体现做中学,学中练的教学思路。以单片机原理与接口工程项目为主线,把C语言的知识    融入项目工作任务中,让学生在任务训练过程中掌握硬件接口设计、编程设计。
【本教材的编写工作】
    本教材由9位多年从事单片机、嵌入式系统基础教学的老师编写完成。其中林瑾老师和陈华老师负责编写第六、七、九章,刘建文和温瑞冕老师编写第三、十章,凌广老师和江秀美老师负责编写第四、五章,徐丽琴和谢恒老师负责编写第一、二、八章,全教材由林瑾老师统稿,姚志军老师为本教材提供了大量的资料及项目图。
【教材的基本结构和内容组织】
    (1)教材的基本结构
    本教材以嵌入式综合系统项目为例,以项目为核心将知识与技能有机地结合在一起,介绍了STM8单片机应用与实践的相关知识以及完成该项目工程的技能。另外本教材中设置“习题”“评估”等环节,将知识技能巩固及反馈清晰地展示出来。
    (2)教材的内容组织
    本教材以意法半导体公司STM8系列单片机作为讲述核心,选取主流开发工具构建开发环境,利用案例、项目强化单片机理解,注重“学”与“用”的结合。让读者快乐入门、进阶,并将相关知识应用到实际产品研发之中。共分为10章。基础章节从第1~3章,主要讲解嵌入式单片机发展、STM8单片机内核、软/硬件开发环境搭建及调试。进阶章节从第4~9章,主要讲解单片机内部存储器资源、时钟控制器、中断控制器、定时计数器、A/D模数转换器的相关知识及应用。应用章节为第10章,介绍步进电机的驱动和算法应用,贯穿本教材大多数知识点的综合项目。本课程建议授课48学时,其中包括随堂实践。课外还需要学生在线上平台进行预习、复习、作业、实践练习等活动,以达到更好的学习效果,建一个课外学时40学时以上的线上课程。
由于作者水平有限,教材中难免有不足和疏忽之处,恳请各位专家和广大读者批评指正。
 
项目1系统框架与芯片选型
第1章基础知识4
1.1计算机系统概述5
1.1.1计算机的概念5
1.1.2计算机系统的内部结构8
1.1.3计算机的主要技术指标13
1.2嵌入式系统概述15
1.2.1嵌入式系统的基本概念15
1.2.2嵌入式系统的发展及特点15
1.2.3嵌入式系统的分类16
1.2.4嵌入式系统的组成17
1.3STM8单片机简介19
1.3.1STM8单片机的特点19
1.3.2STM8单片机结构20
1.3.3STM8系列单片机分类21
1.4学习效果测评23
1.4.1 测试题23
1.4.2评估表25
第2章STM8S系列芯片内部结构26
2.1STM8S系列MCU性能概述27
2.2STM8S系列MCU内部结构28
2.2.1STM8内核CPU29
2.2.2STM8S封装与引脚排列31
2.3通用I/O口GPIO34
2.3.1I/O引脚结构35
2.3.2I/O端口数据寄存器与控制寄存器35
2.3.3输入模式37
2.3.4输出模式37
2.3.5多重复用引脚的选择38
2.3.6I/O引脚负载能力39
2.4STM8S的电源供电及滤波40
2.5复位电路42
2.5.1复位状态寄存器RST_SR42
2.5.2外部复位电路43
2.6时钟电路44
2.6.1内部高速RC振荡器时钟源HSI45
2.6.2内部低速RC振荡器时钟源LSI47
2.6.3外部高速时钟源HSE47
2.6.4时钟源切换48
2.6.5时钟安全系统(CSS)51
2.6.6时钟输出52
2.6.7时钟初始化过程52
2.7学习效果测评53
2.7.1测试题53
2.7.2评估表55
项目2步进电机驱动硬件电路设计
第3章硬件开发工具及调试准备59
3.1电路设计工具简介和安装60
3.1.1Altium Designer简介60
3.1.2安装Altium Designer60
3.1.3DXP平台简介64
3.1.4电路设计过程65
3.2软件开发环境67
3.2.1IAR for STM8开发环境68
3.2.2STVD软件开发环境74
3.2.3STLINK简介81
3.2.4STVP可视化软件运用83
3.2.5Flash loader demonstrator串口下载软件运用86
3.2.6USB转串口驱动简介88
3.3STM8S103F3最小系统开发板90
3.3.1最小系统90
3.3.2最小系统开发板设计实例92
3.3.3焊制STM8S103F3开发板93
3.4开发板测试与分析工具96
3.4.1参数分析示波器96
3.4.2数据分析逻辑分析仪97
3.5学习效果测评98
3.5.1测试题98
3.5.2评估表101
项目3STM8固件开发
第4章通用输入/输出编程106
4.1通用输入/输出的基本概念107
4.2STM8单片机GPIO的特点110
4.2.1GPIO的工作原理110
4.2.2GPIO的工作模式114
4.2.3GPIO的寄存器介绍124
4.3GPIO编程应用实例127
4.3.1使用按钮控制LED灯127
4.3.2使用PWM控制LED灯亮度129
4.3.3综合应用实例131
4.4学习效果测评133
4.4.1测试题133
4.4.2评估表135
第5章STM8系列MCU中断控制器136
5.1中断的作用及原理137
5.2STM8中断控制器(ITC)139
5.2.1中断屏蔽和处理流程140
5.2.2处理排队(等待)中断140
5.2.3中断源和异常141
5.2.4中断指令144
5.2.5中断管理模式144
5.3中断寄存器147
5.4STM8中断编程实例153
5.4.1按键控制LED状态切换153
5.4.2按键控制蜂鸣器156
5.4.3按键控制数码管显示160
5.5学习效果测评164
5.5.1测试题164
5.5.2评估表166
第6章STM8S系列MCU芯片定时器167
6.1定时器的简介168
6.2STM8S单片机定时/计数器分类168
6.38位基本型定时器TIM4169
6.3.1TIM4的内部结构169
6.3.2TIM4的功能170
6.3.3TIM4的相关寄存器172
6.4TIM4编程案例174
6.516位通用型定时器TIM2、TIM3175
6.5.1TIM2/TIM3的结构与功能175
6.5.2TIM2/TIM3相关寄存器176
6.6TIM2/TIM3编程案例184
6.716位高级控制型定时器TIM1185
6.7.1TIM21的内部结构185
6.7.2时基单元186
6.7.3时钟/触发控制器187
6.7.4捕捉/比较阵列187
6.7.5输入输出模块188
6.8TIM1相关寄存器189
6.8.1控制寄存器1TIM1_CR1189
6.8.2控制寄存器2TIM1_CR2190
6.8.3从模式控制寄存器TIM1_SMCR191
6.8.4外部触发寄存器TIM1_ETR192
6.8.5中断使能寄存器TIM1_IER193
6.8.6状态寄存器1TIM1_SR1193
6.8.7状态寄存器2TIM1_SR2194
6.8.8事件产生寄存器TIM1_EGR194
6.8.9捕获/比较模式寄存器1TIM1_CCMR1194
6.8.10捕获/比较模式寄存器2 TIM1_CCMR2196
6.8.11捕获/比较模式寄存器3TIM1_CCMR3197
6.8.12捕获/比较模式寄存器4TIM1_CCMR4197
6.8.13捕获/比较使能寄存器1TIM1_CCER1198
6.8.14捕获/比较使能寄存器2TIM1_CCER2199
6.8.15计数器高8位TIM1_CNTRH199
6.8.16计数器低8位TIM1_CNTRL199
6.8.17预分频器高8位TIM1_PSCRH199
6.8.18预分频器低8位TIM1_PSCRL200
6.8.19自动重装载寄存器高8位TIM1_ARRH200
6.8.20自动重装载寄存器低8位TIM1_ARRL200
6.8.21重复计数寄存器TIM1_RCR200
6.8.22捕获/比较寄存器1高8位TIM1_CCR1H200
6.8.23捕获/比较寄存器1低8位TIM1_CCR1L201
6.8.24捕获/比较寄存器2高8位TIM1_CCR2H201
6.8.25捕获/比较寄存器2低8位TIM1_CCR2L201
6.8.26捕获/比较寄存器3高8位TIM1_CCR3H201
6.8.27捕获/比较寄存器3低8位TIM1_CCR3L202
6.8.28捕获/比较寄存器4高8位TIM1_CCR4H202
6.8.29捕获/比较寄存器4低8位TIM1_CCR4L202
6.8.30刹车寄存器TIM1_BKR202
6.8.31死区寄存器TIM1_DTR203
6.8.32输出空闲状态寄存器TIM1_OISR204
6.9定时器实例204
6.10学习效果测评205
6.10.1测试题205
6.10.2评估表207
项目4步进电机运动控制
第7章STM8S系列MCU芯片串行通信211
7.1串行通信概述212
7.2单片机通信212
7.2.1单片机并行通信212
7.2.2串行通信213
7.2.3同步通信与异步通信214
7.3串行通信的控制215
7.3.1串行通信的帧格式215
7.3.2串行通信的收发控制215
7.3.3波特率216
7.3.4奇偶校验216
7.4通用异步收发器UART217
7.4.1状态寄存器UART_SR218
7.4.2数据寄存器UART_DR219
7.4.3波特率寄存器1 UART_BRR1219
7.4.4波特率寄存器2 UART_BRR2219
7.4.5控制寄存器1 UART_CR1220
7.4.6控制寄存器2 UART_CR2221
7.4.7控制寄存器3 UART_CR3221
7.4.8分频寄存器UART_PSCR222
7.5UART的实例222
7.5.1UART收发项目222
7.6学习效果测评224
7.6.1测试题224
7.6.2评估表226
第8章Flash存储器与EEPROM227
8.1储存器结构228
8.1.1随机读写RAM存储区229
8.1.2Flash ROM存储区230
8.1.3数据EEPROM区231
8.1.4硬件配置选项区233
8.1.5通用I/O端口及外设寄存器区234
8.1.6唯一ID号存储区234
8.2储存器读写保护及相关功能寄存器235
8.2.1存储器读保护(ROP)选择235
8.2.2存储器写保护235
8.2.3存储器控制寄存器236
8.3案例:STM8内部EEPROM读写操作240
8.4学习效果测评242
8.4.1测试题242
8.4.2评估表244
第9章AD模数转换器原理及应用245
9.1STM8S ADC功能246
9.1.1ADC引脚描述247
9.1.2AD转换器工作原理247
9.1.3ADC2模块的内容结构248
9.2ADC模块的控制249
9.2.1ADC的开启与关闭249
9.2.2ADC转换模式249
9.2.3触发转换249
9.2.4AD转换速度设置250
9.2.5转换结果的存储方式250
9.2.6模拟看门狗251
9.2.7数据对齐与转换结果的读取251
9.3ADC相关寄存器介绍251
9.3.1ADC高位数据缓存寄存器ADC_DBxRH251
9.3.2ADC低位数据缓存寄存器ADC_DB_xRL251
9.3.3ADC控制/状态寄存器ADC_CSR252
9.3.4ADC配置寄存器1 ADC_CR1252
9.3.5ADC配置寄存器2 ADC_CR2253
9.3.6ADC配置寄存器3 ADC_CR3253
9.3.7ADC数据高位寄存器ADC_DRH254
9.3.8ADC数据低位寄存器ADC_DRL254
9.3.9ADC施密特触发器禁止寄存器高位ADC_TDRH254
9.3.10ADC施密特触发器禁止寄存器低位ADC_TDRL254
9.3.11ADC上限门槛值高位寄存器ADC_HTRH255
9.3.12ADC上限门槛值低位寄存器ADC_HTRL255
9.3.13ADC下限门槛值高位寄存器ADC_LTRH255
9.3.14ADC下限门槛值低位寄存器ADC_LTRL255
9.3.15ADC看门狗状态高位寄存器ADC_AWSRH255
9.3.16ADC看门狗状态低位寄存器ADC_AWSRL256
9.3.17ADC看门狗控制高位寄存器ADC_AWCRH256
9.3.18ADC看门狗控制低位寄存器ADC_AWCRL256
9.4ADC模块控制实例256
9.5学习效果测评258
9.5.1测试题258
9.5.2评估表260
第10章步进电机运动控制261
10.1概念262
10.2工作原理263
10.3驱动器简介265
10.4步进电机梯形加减速算法原理268
10.4.1脉冲时间间隔的精确计算271
10.4.2加减速度与步数的关系273
10.4.3算法理论实现274
10.4.4中断状态区分277
10.5梯形加减速算法实现278
10.6学习效果测评282
10.6.1测试题282
10.6.2评估表284
附录A:ASCII表285
附录B:基本数据类型与常用操作286
 
    2016年6月,中国成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员,这是中国工程教育国际化进程的重要里程碑。“回归工程”、培养学生的“大工程观”是当今国际工程教育的主流理念。《华盛顿协议》对毕业生提出的12条素质要求中,不仅要求工程知识、工程能力,还强调通用能力和品德伦理;在实践上,以学生为中心,以产出为导向,注重对目标达成的支撑及持续改进,与CDIO工程教育实质等效。
CDIO工程教育是近年来国际工程教育改革的最新成果,以“预期学习结果”集合来驱动课程内容、教学方法、教育文化的设计,重视营造工程教育文化,其注重工程能力培养和基于工程项目全生命周期的一体化设计思想,对于国内工程类和相关专业的建设具有重要的实施价值。
    作为承载了教学改革思想的载体,融入CDIO工程教育理念的高品质教材,东软CDIO工程教育教材在注重理实结合的同时,也注重对学生八大能力的培养,即:技术知识与推理能力,开放式思维与创新,个人职业能力,沟通表达与团队合作,态度与习惯,责任,价值观,实践构思、设计、实现和运行对社会的贡献。
    CDIO工程教育教材是 CDIO教育教学改革在教学实施过程中的集中体现,它不仅承载着课程和项目的教学内容,而且贯穿和体现了CDIO工程教育的理念、思想与方法,是在系统化理论的指导下,将知识、能力、素质培养进行一体化设计,有机融合在教材体系中。教材的编写以能力培养为主线,以案例教学为引导,以项目为载体,充分体现“做中学”和“学中做”的思想,具有以下优势:
    (1)以能力培养为主线,培养学生专业知识学习能力和工程实践能力。
    (2)以案例为驱动,在做案例的过程中学习新知识,充分体现了“做中学”。
    (3)以项目为载体,基于工程化教育方法,按照分析、设计、实施、运行展开项目及知识点的讲解。
    (4)围绕专业知识结构和能力体系设计教材,实现同一专业下不同教材紧密的关联性。
    (5)内容编排循序渐进,符合人的认知规律。
   (6)适应柔性化教学变革,构建一体化、立体化教学资源。
    CDIO工程教育教材可供以应用型人才为培养目标的高等院校以及职业培训机构作为教材使用。
    目前,CDIO工程教育教材的建设还处于探索阶段,是一项创造性的工作,尚需要通过改革的实践不断加以深化和持续改进,任重而道远。