面向物联网的嵌入式系统开发：基于CC2530和STM32微处理器

　　基于CC2530、STM32，面向物联网，详细介绍嵌入式系统的接口设计。

　　本书系统地介绍在嵌入式系统、物联网系统开发中常用的CC2530、STM32微处理器的应用，对于每个知识点，本书先简要介绍相关的理论知识点，深入浅出地介绍微处理器的接口技术，然后应用该知识点进行案例开发，这些案例面向物联网的应用，给出了详细的软/硬件设计和功能实现过程，最后总结和拓展，将理论学习和开发实践结合起来，每个案例均附上完整的开发代码和配套PPT，读者可以在源代码的基础上快速进行二次开发。

　　廖建尚，男，副教授，毕业于广东工业大学通信与信息系统专业，硕士，先任职于广东交通职业技术学院。长期从事物联网技术的开发和教学工作。

版权信息
前言
第1章 单片机与嵌入式技术概述
1.1 嵌入式系统概述
1.1.1 嵌入式系统的定义
1.1.2 嵌入式系统的特点
1.1.3 嵌入式系统的组成
1.1.4 嵌入式操作系统
1.2 嵌入式系统的发展与应用
1.2.1 单片机与嵌入式
1.2.2 微处理器的基本特点
1.2.3 微处理器的三个应用时代
1.2.4 从单片机到嵌入式系统
1.2.5 从嵌入式系统到物联网
1.2.6 嵌入式系统的应用
1.3 小结
1.4 思考与拓展
第2章 MCS-51和CC2530微处理器系统
2.1 MCS-51和CC2530微处理器
2.1.1 MCS-51微处理器
2.1.2 CC2530微处理器
2.1.3 CC2530开发平台
2.1.4 CC2530开发环境
2.1.5 安装开发环境
2.1.6 小结
2.1.7 思考与拓展
2.2 项目开发基本调试
2.2.1 IAR for 8051开发环境
2.2.2 IAR for 8051程序调试
2.2.3 开发实践：实现一个工程项目
2.2.4 小结
2.2.5 思考与拓展
第3章 CC2530接口技术开发
3.1 CC2530 GPIO应用开发
3.1.1 微处理器GPIO
3.1.2 CC2530与GPIO
3.1.3 开发实践：智能手机信号灯控制
3.1.4 小结
3.1.5 思考与拓展
3.2 CC2530外部中断应用开发
3.2.1 微处理器的中断
3.2.2 开发实践：电梯楼层按键检测设计
3.2.3 小结
3.2.4 思考与拓展
3.3 CC2530定时器应用开发
3.3.1 定时器
3.3.2 CC2530定时器
3.3.3 开发实践：脉冲发生器设计
3.3.4 小结
3.3.5 思考与拓展
3.4 CC2530 ADC应用开发
3.4.1 A/D转换
3.4.2 CC2530与A/D转换
3.4.3 开发实践：电子秤设计
3.4.4 小结
3.4.5 思考与拓展
3.5 CC2530电源管理应用开发
3.5.1 嵌入式系统的电源管理
3.5.2 CC2530的电源管理
3.5.3 开发实践：低功耗智能手环设计
3.5.4 小结
3.5.5 思考与拓展
3.6 CC2530看门狗应用开发
3.6.1 看门狗
3.6.2 开发实践：车辆控制器复位重启设计
3.6.3 小结
3.6.4 思考与拓展
3.7 CC2530串口通信技术应用开发
3.7.1 串口
3.7.2 CC2530串口
3.7.3 开发实践：智能工厂的设备交互系统设计
3.7.4 小结
3.7.5 思考与拓展
3.8 CC2530 DMA通信技术应用开发
3.8.1 DMA
3.8.2 CC2530与DMA
3.8.3 CC2530的DMA配置
3.8.4 开发实践：设备间高速数据传送
3.8.5 小结
3.8.6 思考与拓展
3.9 综合应用开发：计算机CPU温度调节系统设计与实现
3.9.1 理论回顾
3.9.2 开发实践：计算机CPU温度调节系统
3.9.3 小结
3.9.4 思考与拓展
第4章 嵌入式系统
4.1 ARM嵌入式开发平台
4.1.1 嵌入式ARM
4.1.2 嵌入式ARM的组成及结构
4.1.3 STM32系列处理器
4.1.4 STM32开发平台
4.1.5 小结
4.1.6 思考与拓展
4.2 工程创建与调试
4.2.1 IAR for ARM开发环境
4.2.2 STM32 标准函数库
4.2.3 IAR开发环境的使用
4.2.4 IAR程序的开发及在线调试
4.2.5 开发实践：实现一个工程项目
4.2.6 小结
4.2.7 思考与拓展
第5章 STM32嵌入式接口开发技术
5.1 STM32的GPIO应用开发
5.1.1 GPIO工作模式
5.1.2 STM32的GPIO
5.1.3 STM32 GPIO寄存器
5.1.4 开发实践：车辆指示灯控制设计
5.1.5 小结
5.1.6 思考与拓展
5.2 STM32外部中断应用开发
5.2.1 中断的基本概念与定义
5.2.2 STM32中断应用概述
5.2.3 STM32的外部中断机制
5.2.4 开发实践：按键抢答器设计
5.2.5 小结
5.2.6 思考与拓展
5.3 STM32定时器应用开发
5.3.1 定时器基本原理
5.3.2 STM32定时器
5.3.3 开发实践：电子时钟设计
5.3.4 小结
5.3.5 思考与拓展
5.4 STM32的A/D转换应用开发
5.4.1 A/D转换
5.4.2 STM32的A/D转换器
5.4.3 开发实践：充电宝电压指示器设计
5.4.4 小结
5.4.5 思考与拓展
5.5 STM32电源管理技术应用开发
5.5.1 嵌入式电源管理
5.5.2 STM32电源管理技术
5.5.3 电源管理库函数的使用
5.5.4 电源管理配置
5.5.5 开发实践：无线鼠标节能设计
5.5.6 小结
5.5.7 思考与拓展
5.6 STM32看门狗应用开发
5.6.1 看门狗基本原理
5.6.2 STM32看门狗
5.6.3 STM32看门狗库函数的使用
5.6.4 开发实践：基站监测设备自复位设计
5.6.5 小结
5.6.6 思考与拓展
5.7 STM32串口通信技术应用开发
5.7.1 串口
5.7.2 STM32的USART
5.7.3 STM32串口库函数
5.7.4 开发实践：工业串口服务器设计
5.7.5 小结
5.7.6 思考与拓展
5.8 STM32 DMA应用开发
5.8.1 DMA
5.8.2 STM32 DMA介绍
5.8.3 STM32 DMA库函数使用
5.8.4 开发实践：系统数据高速传输设计
5.8.5 小结
5.8.6 思考与拓展
5.9 综合应用开发：充电桩管理系统设计与实现
5.9.1 理论回顾
5.9.2 开发实践：充电桩管理系统
5.9.3 小结
5.9.4 思考与拓展
第6章 嵌入式高级接口开发技术
6.1 STM32 LCD技术应用开发
6.1.1 显示器
6.1.2 STM32 FSMC接口技术
6.1.3 STM32 FSMC库函数
6.1.4 ILI93xx LCD原理
6.1.5 开发实践：可视对讲屏幕驱动设计
6.1.6 小结
6.1.7 思考与拓展
6.2 STM32 I2C通信技术应用开发
6.2.1 I2C总线
6.2.2 STM32的I2C原理
6.2.3 STM32 I2C库函数的使用
6.2.4 温湿度传感器
6.2.5 开发实践：档案库房环境监控系统设计
6.2.6 小结
6.2.7 思考与拓展
6.3 STM32 SPI通信技术应用开发
6.3.1 SPI协议
6.3.2 Flash
6.3.3 开发实践：高速动态数据存取设计
6.3.4 小结
6.3.5 思考与拓展
6.4 综合应用开发：智能防盗门锁设计与实现
6.4.1 理论回顾
6.4.2 开发实践：智能防盗门锁
6.4.3 小结
6.4.4 思考与拓展
参考文献

　　前言
　　近年来，物联网、移动互联网、大数据和云计算的迅猛发展，渐渐改变了社会的生产方式，大大提高了生产效率和社会生产力。工业和信息化部发布的《物联网发展规划（2016—2020年）》总结了“十二五”规划中物联网发展所获得的成就，提出了“十三五”面临的形势，并明确了物联网的发展思路和目标，提出了物联网发展的6大任务，分别是强化产业生态布局、完善技术创新体系、推动物联网规模应用、构建完善标准体系、完善公共服务体系、提升安全保障能力；提出了4大关键技术，分别是传感器技术、体系架构共性技术、操作系统和物联网与移动互联网、大数据融合关键技术；提出了6大重点领域应用示范工程，分别是智能制造、智慧农业、智能家居、智能交通和车联网、智慧医疗和健康养老，以及智慧节能环保；指出要健全多层次、多类型的物联网人才培养和服务体系，支持高校、科研院所加强跨学科交叉整合，加强物联网学科建设，培养物联网复合型专业人才。该发展规划为物联网发展指出了一条鲜明的道路，同时也可以看出我国推动物联网应用的坚定决心，相信物联网的规模会越来越大。
　　嵌入式系统和物联网系统涉及的技术很多，底层和感知层都需要掌握微处理器外围接口的驱动开发技术，以及相应的传感器驱动开发。本书详细分析CC2530和STM32的接口技术，理论知识点清晰，并且针对每个知识点给出了实践案例，可帮助读者快速掌握常用的微处理器接口开发技术。
　　第1章引导读者初步认识嵌入式系统，了解嵌入式系统的定义、特点和组成，学习嵌入式操作系统及其发展现状，了解单片机与嵌入式的关系，学习单片机到嵌入式系统发展，再到物联网系统应用的发展历程。
　　第2章介绍MCS-51和CC2530，详细介绍本书项目开发所依托的CC2530开发平台和开发环境的搭建，以及IAR for 8051开发环境和程序调试，并通过一个工程项目帮助读者掌握CC2530项目的基本开发过程。
　　第3章介绍CC2530的接口技术，给出相应的实践案例，分别是智能手机信号灯控制、电梯楼层按键检测设计、脉冲发生器设计、电子秤设计、低功耗智能手环设计、车辆控制器复位重启设计、智能工厂的设备交互系统设计、设备间高速数据传送。通过这些实践案例的学习，读者可以掌握 CC2530 的接口原理、功能和开发技术，从而具备基本的开发能力，最后通过综合应用开发，完成计算机CPU温度调节系统的设计与实现，并对本章 的知识点进行归纳总结，以达到综合应用的目的。
　　第4章介绍嵌入式系统，主要学习嵌入式ARM的组成及结构，详细介绍本书项目开发所依托的STM32开发平台和开发环境IAR for ARM，通过实现工程项目帮助读者掌握STM32项目的基本开发过程。
　　第5章介绍STM32嵌入式接口技术，给出了相应的实践案例，分别是车辆指示灯控制设计、按键抢答器设计、电子时钟设计、充电宝电压指示器设计、无线鼠标节能设计、基站监测设备自复位设计、工业串口服务器设计、系统数据高速传输。通过这些实践案例的学习，读者可以掌握STM32的接口原理、功能和开发技术，从而具备基本的开发能力。最后通过综合应用开发，完成充电桩管理系统的设计与实现，并对本章 的知识点进行归纳总结，以达到综合应用的目的。
　　第6章介绍嵌入式高级接口开发技术，包括通过STM32 LCD技术实现可视对讲屏幕驱动设计、通过STM32 I2C总线实现档案库房环境监控系统设计、通过STM32 SPI总线实现高速动态数据存取设计，最后通过综合应用开发，完成智能防盗门锁的设计与实现，并对本章 的知识点进行归纳总结，以达到综合应用的目的。
　　本书特色有：
　　（1）理论知识和案例实践相结合。将CC2530和STM32接口技术和生活中实际案例结合起来，边学习理论知识边进行实践开发，读者可以快速掌握嵌入式系统和物联网系统的开发技术。
　　（2）企业级案例开发。抛去传统的理论学习方法，选取生动的案例将理论与实践结合起来，通过理论学习和开发实践，读者可以快速入门，由浅入深地掌握CC2530和STM32接口技术。
　　（3）提供综合性项目。综合性项目为读者提供软/硬件系统的开发方法，有需求分析、项目架构、软/硬件设计等方法，读者可以在案例的基础上快速地进行二次开发，并且可以很方便地将其转化为各种比赛和创新创业的案例，也可以为工程技术开发人员和科研工作人员在进行工程设计和科研项目开发时提供较好的参考资料。
　　本书既可作为高等院校相关专业的教材或教学参考书，也可供相关领域的工程技术人员参考。对于物联网系统和嵌入式系统的开发爱好者来说，本书也是一本深入浅出的技术读物。
　　本书在编写过程中，借鉴和参考了国内外专家、学者、技术人员的相关研究成果，我们尽可能按学术规范予以说明，但难免会有疏漏之处，在此谨向有关作者表示深深的敬意和谢意。如有疏漏，请及时通过出版社与作者联系。
　　本书的出版得到了广东省自然科学基金项目（2018A030313195）、广东省高校省级重大科研项目（2017GKTSCX021）、广东省科技计划项目（2017ZC0358）、广州市科技计划项目（201804010262）和广东省高等职业教育品牌专业建设项目（2016GZPP044）的资助。感谢中智讯（武汉）科技有限公司在本书编写过程中提供的帮助，特别感谢电子工业出版社在本书出版过程中给予的大力支持。
　　由于本书涉及的知识面广，时间仓促，限于笔者的水平和经验，疏漏之处在所难免，恳请专家和读者批评指正。
　　作者
　　2018年11月

　　目前嵌入式系统已经渗透到我们生活的每个领域，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通信与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用各种智能IC卡，汽车的安全保障系统，录像机、摄影机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具，电子宠物等，这些都离不开嵌入式系统。因此，嵌入式的学习、开发与运用首先需要认识嵌入式系统。
　　随着计算机技术的飞速发展和嵌入式微处理器的出现，计算机应用出现了历史性的变化，并逐渐形成了计算机系统的两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机系统（简称嵌入式系统）。
　　嵌入式系统一词源于20世纪70、80年代之交的美国，早期还曾被称为嵌入式计算机系统或隐藏式计算机，随着半导体技术及微电子技术的快速发展，嵌入式系统得以风靡式发展，性能不断提高，以致出现一种观点，即嵌入式系统通常是基于32位微处理器设计的，往往带操作系统，本质上是瞄准高端领域和应用的。然而随着嵌入式系统应用的普及，这种高端应用系统和之前广泛存在的单片机系统间的本质联系，使嵌入式系统与单片机毫无疑问地联系在了一起。
　　关于嵌入式系统的定义有很多，较通俗的定义是嵌入对象体系中的专用计算机系统。国际电气和电子工程师协会（IEEE）对嵌入式系统的定义是：嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置。该定义是从应用的角度出发的，强调嵌入式系统是一种完成特定功能的装置，该装置能够在没有人工干预的情况下独立地进行实时监测和控制。这种定义体现了嵌入式系统与通用计算机的不同的应用目的。
　　我国嵌入式系统定义为：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软/硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
　　嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物，这决定了它是技术密集、资金密集、知识高度分散、不断创新的集成系统。同时，嵌入式系统又是针对特定的应用需求而设计的专用计算机系统，这也决定了它必然有自己的特点。