王维波，博士、中国石油大学（华东）控制科学与工程学院教师。从事测控与仪器开发领域的教学和研究工作，主要研究方向是地球物理探测仪器开发、数据处理方法和软件开发。参与完成国家自然科学基金、山东省重点研发计划等多个科研项目，发表论文 20 余篇。著有《Qt 5.9 C++ 开发指南》和《Python Qt GUI 与数据可视化编程》。

鄢志丹，博士、中国石油大学（华东）控制科学与工程学院教师。从事随钻测控技术、自抗扰控制方法、井下仪器开发、微弱信号处理等方面的研究工作。主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金、山东省自然科学基金等 10 余个科研项目，获授权发明专利 10 余项，发表论文 30 余篇。

王钊，博士、中国石油大学（华东）控制科学与工程学院教师。从事自动化相关的教学和研究工作，主要研究方向是非线性系统的非光滑控制研究、故障诊断、工业过程控制等。主持山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目 1 项，发表论文 20 余篇，作为副主编编写教材1 部。

第一部分　软硬件基础
第1章　概述　2
1．1　STM32系列单片机　2
1．2　STM32的器件驱动库　3
1．2．1　标准外设库　3
1．2．2　HAL/LL库　4
1．3　STM32Cube生态系统　4
1．3．1　嵌入式软件　5
1．3．2　软件工具　6
1．4　STM32Cube开发方式　8
第2章　STM32F407和开发板　10
2．1　STM32F407简介　10
2．1．1　功能特性　10
2．1．2　内部结构　10
2．1．3　引脚定义　13
2．1．4　最小系统参考设计　14
2．2　STM32F407开发板　17
2．2．1　开发板功能　17
2．2．2　开发板基本电路　20
2．3　仿真器　23
第3章　STM32CubeMX的使用　24
3．1　安装STM32CubeMX　24
3．2　安装MCU固件包　25
3．2．1　软件库文件夹设置　25
3．2．2　管理嵌入式软件包　26
3．2．3　MCU固件库文件组成　28
3．3　软件功能和基本使用　29
3．3．1　软件界面　29
3．3．2　新建项目　32
3．3．3　MCU图形化配置界面总览　35
3．3．4　MCU配置　36
3．3．5　时钟配置　41
3．3．6　项目管理　45
3．3．7　生成报告和代码　48
3．4　项目示例：LED初始输出　49
3．4．1　硬件电路　49
3．4．2　CubeMX项目设置　49
3．4．3　生成CubeIDE项目代码　50
第4章　STM32CubeIDE的使用　51
4．1　安装STM32CubeIDE　51
4．2　基本概念和MCU固件库设置　52
4．2．1　启动软件　52
4．2．2　打开项目　53
4．2．3　CubeIDE的一些基本概念　55
4．2．4　STM32Cube软件库设置　57
4．3　C/C++场景的界面功能和操作　58
4．3．1　主要的视图　58
4．3．2　工具栏功能　59
4．3．3　文本编辑器功能和操作　61
4．4　CubeMX生成项目的文件组成　63
4．4．1　CMSIS驱动程序文件　63
4．4．2　HAL驱动程序文件　65
4．4．3　用户程序文件　66
4．4．4　启动文件　71
4．4．5　根目录下的文件　71
4．4．6　Include搜索路径　72
4．5　项目管理、构建和下载调试　72
4．5．1　项目管理　72
4．5．2　项目构建　74
4．5．3　下载和调试　75
4．6　使用内置的CubeMX　79
4．6．1　创建项目　79
4．6．2　配置MCU和生成代码　80
4．7　CubeIDE使用偏好设置　81
4．8　HAL库的一些基本问题　83
4．8．1　基本数据类型　83
4．8．2　一些通用定义　83
4．8．3　获取HAL库帮助信息　84
第5章　STM32CubeMonitor的使用　85
5．1　STM32CubeMonitor功能简介　85
5．2　CubeMonitor基本操作　87
5．2．1　Node-RED中的一些基本概念　87
5．2．2　设计模式界面和基本操作　88
5．2．3　程序部署和Dashboard界面　91
5．3　CubeMonitor基本功能使用示例　92
5．3．1　STM32 MCU项目　92
5．3．2　变量监测的基本操作　95
5．3．3　监测外设寄存器的值　104
5．3．4　监测变量的数值显示　106
5．3．5　修改变量的值　110
5．4　CubeMonitor的使用小结　113
第二部分　系统功能和常用外设的使用
第6章　GPIO输入/输出　116
6．1　GPIO功能概述　116
6．2　GPIO的HAL驱动程序　117
6．3　GPIO使用示例　120
6．3．1　示例功能和CubeMX配置　120
6．3．2　项目初始化代码分析　122
6．3．3　编写按键和LED的驱动程序　124
6．3．4　使用驱动程序实现示例功能　127
6．4　作为公共驱动程序　130
第7章　中断系统和外部中断　131
7．1　STM32F407的中断　131
7．1．1　中断向量表　131
7．1．2　中断优先级　134
7．1．3　中断设置相关HAL驱动程序　135
7．2　外部中断EXTI　136
7．2．1　外部中断功能和外部中断线　136
7．2．2　外部中断相关HAL函数　138
7．3　外部中断使用示例　141
7．3．1　示例功能和CubeMX项目设置　141
7．3．2　项目初始代码分析　142
7．3．3　编写用户功能代码　145
7．3．4　中断优先级的测试　146
第8章　FSMC连接TFT LCD　148
8．1　FSMC连接TFT LCD的原理　148
8．1．1　FSMC接口　148
8．1．2　TFT LCD接口　149
8．1．3　FSMC与TFT LCD的连接　150
8．2　FSMC连接LCD的电路和接口初始化　151
8．2．1　电路连接　151
8．2．2　示例功能和CubeMX项目设置　153
8．2．3　初始代码分析　155
8．3　使用LCD驱动程序　159
8．3．1　设置搜索路径　159
8．3．2　LCD驱动程序的改写　161
8．3．3　LCD驱动程序的原理和功能　162
8．3．4　LCD驱动程序的使用　171
8．4　作为公共驱动程序　172
第9章　基础定时器　174
9．1　定时器概述　174
9．2　基础定时器内部结构和功能　175
9．3　基础定时器HAL驱动程序　177
9．3．1　基础定时器主要函数　177
9．3．2　其他通用操作函数　179
9．3．3　中断处理　180
9．4　外设的中断处理概念小结　182
9．5　基础定时器使用示例　185
9．5．1　示例功能和CubeMX项目配置　185
9．5．2　程序功能实现　187
第10章　通用定时器　192
10．1　通用定时器功能概述　192
10．1．1　功能概述　192
10．1．2　结构框图　192
10．2　典型功能原理和HAL驱动　196
10．2．1　生成PWM波　196
10．2．2　输出比较　197
10．2．3　输入捕获　199
10．2．4　PWM输入模式　200
10．2．5　定时器同步　201
10．2．6　通用定时器中断事件和回调函数　202
10．3　示例1：生成PWM波　204
10．3．1　电路原理和CubeMX项目配置　204
10．3．2　输出固定占空比PWM波　206
10．3．3　输出可变占空比PWM波　208
10．4　示例2：输出比较　210
10．4．1　示例功能和CubeMX项目设置　210
10．4．2　程序功能实现　211
10．5　示例3：输入PWM　213
10．5．1　示例功能和CubeMX项目设置　213
10．5．2　程序功能实现　215
第11章　实时时钟　220
11．1　RTC功能概述　220
11．1．1　RTC的功能　220
11．1．2　工作原理　220
11．1．3　RTC的中断和复用引脚　223
11．1．4　RTC的HAL基础驱动程序　224
11．2　周期唤醒和闹钟　227
11．2．1　周期唤醒相关HAL函数　227
11．2．2　闹钟相关HAL函数　229
11．2．3　示例功能和电路　230
11．2．4　CubeMX项目配置　230
11．2．5　程序功能实现　234
11．3　备份寄存器　239
11．3．1　备份寄存器的功能　239
11．3．2　示例功能与CubeMX项目设置　240
11．3．3　程序实现和运行效果　240
11．4　入侵检测和时间戳　246
11．4．1　入侵检测的功能　246
11．4．2　示例功能与CubeMX项目设置　247
11．4．3　程序功能实现　249
第12章　USART/UART通信　255
12．1　USART/UART接口概述　255
12．1．1　USART/UART接口信号　255
12．1．2　开发板上的串口电路　256
12．1．3　串口通信参数　259
12．2　串口的HAL驱动程序　259
12．2．1　常用功能函数　259
12．2．2　常用的宏函数　262
12．2．3　中断事件与回调函数　263
12．3　串口通信示例　264
12．3．1　硬件电路与示例功能　264
12．3．2　CubeMX项目设置　265
12．3．3　程序功能实现　267
12．3．4　接收不定长度数据的改进代码　273
第13章　DMA　276
13．1　DMA功能概述　276
13．1．1　DMA简介　276
13．1．2　DMA传输属性　277
13．2　DMA的HAL驱动程序　280
13．2．1　DMA的HAL函数概述　280
13．2．2　DMA传输初始化配置　280
13．2．3　启动DMA数据传输　282
13．2．4　DMA的中断　282
13．3　串口的DMA传输示例　284
13．3．1　示例功能与CubeMX项目设置　284
13．3．2　程序功能实现　286
第14章　ADC　295
14．1　ADC功能概述　295
14．1．1　ADC的特性　295
14．1．2　ADC的工作原理　295
14．1．3　多重ADC模式　299
14．2　ADC的HAL驱动程序　299
14．2．1　常规通道　299
14．2．2　注入通道　303
14．2．3　多重ADC　303
14．3　示例1：软件启动ADC转换　303
14．3．1　电路和示例功能　303
14．3．2　CubeMX项目设置　304
14．3．3　程序功能实现　306
14．4　示例2：定时器触发ADC转换　308
14．4．1　示例功能和CubeMX项目设置　308
14．4．2　程序功能实现　310
14．5　示例3：多通道和DMA传输　313
14．5．1　示例功能和CubeMX项目设置　313
14．5．2　程序功能实现　315
14．6　示例4：双ADC同步转换　319
14．6．1　示例功能与CubeMX项目设置　319
14．6．2　程序功能实现　320
第15章　DAC　325
15．1　DAC功能概述　325
15．1．1　DAC的结构和特性　325
15．1．2　功能说明　326
15．2　DAC的HAL驱动程序　328
15．2．1　DAC驱动宏函数　328
15．2．2　DAC驱动功能函数　328
15．3　示例1：软件触发DAC转换　332
15．3．1　开发板上的DAC电路　332
15．3．2　示例功能和CubeMX项目设置　332
15．3．3　程序功能实现　333
15．4　示例2：输出三角波　335
15．4．1　示例功能和CubeMX项目设置　335
15．4．2　程序功能实现　336
15．5　示例3：使用DMA输出自定义波形　339
15．5．1　示例功能和CubeMX项目设置　339
15．5．2　程序功能实现　340
第16章　SPI通信　343
16．1　SPI接口和通信协议　343
16．1．1　SPI硬件接口　343
16．1．2　SPI传输协议　343
16．1．3　STM32F407的SPI接口　345
16．2　SPI的HAL驱动程序　346
16．2．1　SPI寄存器操作的宏函数　346
16．2．2　SPI初始化和阻塞式数据传输　347
16．2．3　中断方式数据传输　348
16．2．4　DMA方式数据传输　349
16．3　Flash存储芯片W25Q128　350
16．3．1　硬件接口和连接　350
16．3．2　存储空间划分　351
16．3．3　数据读写的原则　351
16．3．4　操作指令　351
16．3．5　状态寄存器　353
16．4　示例1：轮询方式读写W25Q128　354
16．4．1　示例功能与CubeMX项目设置　354
16．4．2　初始程序　356
16．4．3　编写W25Q128的驱动程序　357
16．4．4　W25Q128功能测试　366
16．5　示例2：DMA方式读写W25Q128　370
16．5．1　示例功能和CubeMX项目设置　370
16．5．2　程序功能实现　371
第17章　I2C通信　377
17．1　I2C总线和通信协议　377
17．1．1　I2C总线结构　377
17．1．2　I2C总线通信协议　378
17．1．3　STM32F407的I2C接口　378
17．2　I2C的HAL驱动程序　379
17．2．1　I2C接口的初始化　379
17．2．2　阻塞式数据传输　379
17．2．3　中断方式数据传输　381
17．2．4　DMA方式数据传输　381
17．3　EEPROM芯片24C02　382
17．3．1　接口和通信协议　382
17．3．2　驱动程序设计　384
17．4　读写24C02示例　387
17．4．1　示例功能和CubeMX项目设置　387
17．4．2　程序功能实现　388
第18章　CAN总线通信　392
18．1　CAN总线结构和传输协议　392
18．1．1　CAN总线结构　392
18．1．2　CAN总线传输协议　394
18．2　CAN外设工作原理和HAL驱动程序　397
18．2．1　片上CAN外设的功能概述　397
18．2．2　CAN模块的基本控制　398
18．2．3　CAN模块的测试模式　399
18．2．4　消息发送　400
18．2．5　消息接收　401
18．2．6　标识符筛选　402
18．2．7　中断及其处理　405
18．3　开发板上的CAN接口电路　406
18．4　示例1：轮询方式CAN通信　407
18．4．1　示例功能和CubeMX项目设置　407
18．4．2　程序功能实现　409
18．5　示例2：中断方式CAN通信　415
18．5．1　示例功能和CubeMX项目设置　415
18．5．2　程序功能实现　415
第19章　FSMC连接外部SRAM　422
19．1　FSMC连接外部SRAM的原理　422
19．1．1　FSMC控制区域的划分　422
19．1．2　SRAM芯片与MCU的连接　422
19．2　访问外部SRAM的HAL驱动程序　423
19．2．1　外部SRAM初始化与控制　423
19．2．2　外部SRAM读写函数　424
19．2．3　直接通过指针访问外部SRAM　425
19．2．4　DMA方式读写外部SRAM　426
19．3　示例1：轮询方式读写外部SRAM　427
19．3．1　示例功能和CubeMX项目设置　427
19．3．2　程序功能实现　429
19．4　示例2：DMA方式读写外部SRAM　435
19．4．1　示例功能和CubeMX项目设置　435
19．4．2　程序功能实现　437
第20章　独立看门狗　442
20．1　独立看门狗的工作原理　442
20．2　独立看门狗的HAL驱动程序　443
20．3　独立看门狗使用示例　444
20．3．1　示例功能和CubeMX项目设置　444
20．3．2　程序功能实现　445
第21章　窗口看门狗　448
21．1　窗口看门狗的工作原理　448
21．2　窗口看门狗的HAL驱动程序　450
21．3　窗口看门狗使用示例　451
21．3．1　示例功能和CubeMX项目设置　451
21．3．2　不使用EWI中断　452
21．3．3　使用EWI中断　454
第22章　电源管理和低功耗模式　456
22．1　电源系统和低功耗模式　456
22．1．1　STM32F4的电源系统　456
22．1．2　STM32F4的低功耗模式　457
22．2　CubeMX的功耗计算器　458
22．2．1　PCC界面概述　458
22．2．2　步骤和序列管理　459
22．2．3　功耗分析　461
22．3　睡眠模式　462
22．3．1　睡眠模式的特点和操作　462
22．3．2　睡眠模式编程示例　464
22．4　停止模式　467
22．4．1　停止模式的特点和操作　467
22．4．2　停止模式编程示例　469
22．5　待机模式　472
22．5．1　待机模式的特点和操作　472
22．5．2　待机模式编程示例　473
附录A　CubeMX模板项目和公共驱动程序的使用　477
A．1　公共驱动程序的目录组成　477
A．2　CubeMX模板项目　478
A．3　新建CubeMX项目后导入模板项目的配置　478
A．4　复制模板项目以新建CubeMX项目　479
A．5　在CubeIDE中设置驱动程序搜索路径　480
附录B　复制一个项目　482
附录C　本书示例项目列表　483
附录D　缩略词　485
附参考文献　488