ARM单片机知识点总结

这个PDF文件是《基于ARM的单片机应用及实践——STM32案例式教学》的第一章，主要介绍了计算机发展史、计算机体系结构、单片机发展史、以及ARM、Cortex和STM32的简介。下面是各部分的重点内容和考试可能出题的知识点：

1. 计算机发展史：
   • 1946年，世界上第一台计算机ENIAC诞生，这预示着科学家开始从繁重的计算工作中解放出来。
   • 图灵的基本思想和图灵机模型奠定了现代计算机发展的理论基础，它的贡献包括确定了计算的能力范围，以及不同技术实现的理论上具有相同的计算能力等。
2. 计算机体系结构：
   • 冯·诺依曼体系结构是计算机体系结构的重要起点，包括存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大部分。
   • 随后的发展包括哈佛结构、改进型冯·诺依曼架构等，以及流水线技术、并行处理、层次化设计等。
3. 单片机发展史：
   • 从1958年TI公司发明第一块集成电路到现在，单片机已经经历了从简单的控制器到现在强大功能的转变。
   • 考试可能会关注单片机的发展里程碑、重要的单片机系列及其特点。
4. ARM体系结构和STM32：
   • ARM体系结构的特点是体积小、低功耗、低成本、高性能，以及指令执行速度快等。
   • STM32是基于ARM核心的一系列微控制器，它具有高性能、低功耗等特点，并广泛应用于嵌入式系统。
   • 特别注意ARM和STM32的不同型号和它们的特点，这些细节经常是考试的重点。
5. 嵌入式系统开发：讨论了嵌入式系统的发展，受社会需求和先进技术的推动。包括工程设计和开发的各个方面，如需求分析、体系结构设计、详细设计和测试反馈。

第二章讨论了Cortex-M3处理器的结构和功能。以下是针对考试的重要知识点汇总：

1. 基本架构：
   • Cortex-M3基于哈佛架构，指令和数据使用独立的总线，与ARM7系列的冯·诺依曼架构不同。
   • 支持多操作并行执行，提高了应用程序的执行速度。
2. 处理器特性：
   • 集成了内核和高级系统外设的分级处理器。
   • 拥有哈佛体系结构，包含三级流水线和分支预测功能。
   • 支持Thumb®-2和传统Thumb指令集。
   • 包含算术逻辑单元（ALU），支持硬件除法和单信号周期乘法。
   • 可配置中断控制器，总线矩阵，先进的调试组件，以及可选的存储器保护单元（MPU）和嵌入式跟踪宏单元（ETM）。
3. 流水线和应用范围：
   • 三级流水线设计，用于各类设备如通用MCU、智能玩具、个人电子设备，以及低功耗和高性能设备。
4. 中断处理和控制器：
   • 支持嵌套向量中断控制器（NVIC），实现低延迟和高效的异常处理。
   • 支持配置多达240个外部中断，具有动态优先级调整。
5. 寄存器：
   • 包含13个通用寄存器（R0-R12），分组的堆栈指针SP，链接寄存器R14，程序计数器R15和特殊用途程序状态寄存器xPSR。
   • 堆栈指针有两个版本：主堆栈指针（MSP）和进程堆栈指针（PSP）。
6. 存储格式和访问：
   • 支持小端和大端格式访问数据。
   • 有一个固定的存储器映射，便于软件移植。
   • 存储器访问属性包括可缓冲，可缓存，可执行和可共享等。
7. 异常处理：
   • 异常是由执行指令时的错误条件产生的故障。
   • Cortex-M3和NVIC根据优先级处理所有异常，支持末尾连锁中断技术，减少状态保存和恢复的指令。
8. 指令集：
   • 不支持ARM指令，但支持所有ARMv6 Thumb指令。
   • 提供了详细的Thumb-2指令支持列表。
9. 存储器映射和位段操作：
   • 地址空间为4GB，支持位带操作，提供原子访问单个位的功能。
   • 映射公式说明了如何将别名区中的字与bit-band区中的对应位关联。

了解这些概念对于理解Cortex-M3处理器的结构和功能至关重要，尤其是在准备相关考试时。这些知识点涵盖了处理器的基本架构，性能特征，以及关键的系统组件和操作机制。请确保理解每个部分的具体功能和作用，这将有助于你在考试中应对有关Cortex-M3处理器的问题。

根据你提供的PDF文件，第三章主要介涉及STM32最小系统的设计。以下是该章节的重点内容，这些可能会在考试中出现：

3.1 STM32F10x系列产品简介

• STM32F103系列芯片: 描述了其基本架构，包括核心（Cortex-M3 CPU），存储器（Flash Memory, SRAM），各种外设（如DMA, PWM Timer, USART, SPI, USB等）和调试系统（JTAG/SW Debug）等。
• 核心性能: Cortex-M3主要性能指标，包括功耗和效能对比。

基于Cortex-M3的最小系统

• 最小系统定义: 在尽可能减少上层应用的情况下，实现系统最小化运行的模块配置。
• 组成: 包括电源、时钟、复位电路、存储系统、调试系统等。
• 模块细节:
  • 时钟模块：描述了时钟频率的提供和倍频过程。
  • 复位模块：包括电源复位、系统复位、备份区域复位等。
  • 电源系统：涵盖了不同电源管理和控制策略。
  • 调试系统：介绍了JTAG模块和UART模块的功能。
  • 存储系统：强调了Flash存储模块和SDRAM模块的作用。

STM32的时钟系统

• 时钟源: 包括高速外部时钟（HSE）、高速内部时钟（HSI）、低速外部时钟（LSE）和低速内部时钟（LSI）。
• 时钟控制: 详细介绍了如何通过倍频、分频以及选择不同的时钟源来控制系统时钟。
• 低功耗模式: 包括睡眠模式、停止模式和待机模式，每种模式下的功耗和功能都有所不同。

这一章节的知识点非常适合在考试中考查，因为它涉及了理论知识和实践技能的结合，特别是在电源管理、时钟系统设计以及最小系统组成等方面。你在复习时应该重点理解每个模块的功能、工作原理以及它们如何相互配合工作，这样可以在考试中更好地应用这些知识点。

第4章《MDK-ARM软件入门》详细介绍了MDK-ARM软件的使用和一些编程技巧。以下是该章节的重点内容，特别适合准备考试时复习：

1. MDK-ARM软件简介:
   • MDK是Keil公司开发的ARM开发工具，支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列微控制器。
   • 包括Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件。
   • 适用于专业和初学者，提供GUI库支持、TCP/IP网络套件等。
2. 新建MDK工程:
   • 详细介绍了如何新建MDK工程，包括安装开发环境、调试驱动程序、创建和配置工程、编写程序和调试。
   • 介绍了工程文件的结构，如CMSIS文件夹、FWLIB文件夹、Project文件夹等，及其作用。
3. 标准库文件下载和工程创建:
   • 介绍了如何下载STM32标准外设软件库和创建文件夹（如CMSIS、FWLIB等）。
   • 说明了如何在Keil5软件中创建工程，包括选择芯片、配置MDK驱动和ST外设文件等。
4. Keil5工程创建:
   • 提供了创建工程的具体步骤，如打开Keil5软件、选择保存位置、选择芯片、配置环境等。
   • 介绍了如何将源文件和头文件添加到工程中，以及编译和调试的步骤。
5. 编程技巧:
   • 介绍了文本美化、TAB键的使用、快速定位函数/变量、快速注释/消注释等技巧。
   • 通过实例说明了如何参考MDK的示例代码。
6. 小结:
   • 总结了本章内容，强调了MDK-ARM的重要性和实用性。
   • 强调了程序命名规则和编程技巧的重要性。

以上内容应该是考试中的重点，特别是关于MDK-ARM工具的使用、工程创建和编程技巧。建议重点复习这些部分，并理解各个概念和步骤。

第五章《GPIO及外部中断的使用》的重点内容如下：

1. GPIO简介:
   • GPIO是通用输入输出端口的简称，通过软件控制其输出和输入。
   • STM32F103VET6有5组IO口，总共80个多功能双向IO口。
   • GPIO端口包含配置寄存器、数据寄存器、位置位/复位寄存器、复位寄存器和锁定寄存器。
2. GPIO功能描述:
   • 每个GPIO端口有32位配置寄存器和数据寄存器。
   • IO口可以自由编程，但必须按32位字访问。
   • GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许独立访问GPIO寄存器。
3. STM32的GPIO模式:
   • 有8种模式（4种输入模式和4种输出模式）。
   • 每个I/O端口位支持3种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz）。
4. 输入模式:
   • 浮空输入、上拉输入、下拉输入和模拟输入。
   • 每种输入模式的特点和应用场景。
5. 输出模式:
   • 开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出。
   • 每种输出模式的特点和应用场景。
6. GPIO控制实例:
   • 如LED闪烁、跑马灯和按键输入等。
7. 外部中断和中断控制器:
   • 每个I/O口可以作为中断输入。
   • 配置系统向量中断控制器（NVIC）的详细步骤。
   • 外部中断实例—按键输入。
8. 位运算:
   • 对于系统外设配置，如左移运算符、右移运算符、按位与、按位或、取反和异或等的使用。
9. 库函数:
   • GPIO寄存器的结构体及其具体使用方法。

考试重点可能涉及GPIO的基本概念、不同模式的特点和应用、外部中断的配置和处理、以及位运算在GPIO配置中的应用。建议深入理解每种模式的特点和适用场景，熟悉外部中断的配置流程，并掌握库函数的使用。

第六章《STM32 定时器的使用》详细介绍了STM32的定时器，其主要内容包括：

1. 定时器概述：
   • 定时器用于计数输入时钟，并在计数值达到设定值时触发中断。
   • 包含16位计数器、预分频器、自动重装寄存器的时基单元，可实现长达59.65秒的定时。
   • 功能包括内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等。
2. 定时器分类：
   • 高级定时器：TIM1和TIM8，适用于电动机控制。
   • 通用定时器：TIM2至TIM5，功能多样。
   • 基本定时器：TIM6和TIM7，主要用于产生DAC触发信号。
   • 看门狗定时器和系统嘀嗒定时器SysTick。
3. 通用定时器特点：
   • 可设定向上、向下、向上/下计数模式。
   • 支持中断/DMA，事件触发包括更新、输入捕获等。
   • 可用于测量输入信号脉冲长度或产生输出波形。
4. 定时器编程及实训：
   • 配置步骤包括时钟使能、设置自动装载寄存器和预分频器寄存器值、允许更新中断等。
   • 特殊工作模式如输入捕获模式、PWM输入模式、输出比较模式等。
   • 实训案例，例如定时器控制跑马灯、PWM电动机控制等。

针对考试，需要特别关注以下几个方面：

• 定时器的基本原理和分类。
• 通用定时器的配置步骤和特殊工作模式。
• 高级定时器和基本定时器的特点。
• 实训案例中的具体编程方法和应用场景。

这些内容涵盖了STM32定时器的使用，是考试中可能出现的重要知识点。

第七章主要介绍了STM32的A/D转换模块。以下是此章节的重点内容，特别是考试可能会涉及的知识点：

1. A/D转换原理和类型：
   • 积分型：通过积分器将输入电压转换成数字表示，主要用于需要高精度测量的场合，如数字电压计。
   • 逐次比较型：采用高速高精度比较器，连续比较模拟输入和DAC的输出，适用于低功耗、高分辨率系统。
   • 并行比较型/串并行比较型：多个比较器同时工作，实现快速转换，适用于高速应用如视频AD转换。
   • Σ-Δ调制型：将输入电压转换成时间信号，通过数字滤波处理得到数字值，适用于音频、图像处理等领域。
   • 电容阵列逐次比较型：使用电容矩阵生成模拟输出电压，适用于高精度单片ADC。
   • 压频变换型：将模拟信号先转换为频率，再转换为数字量，具有高分辨率和低功耗特点。
2. A/D转换器的主要技术指标：
   • 转换范围、分辨率、绝对精度、转换时间和速率、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度等。
3. STM32芯片内部集成的12位ADC：
   • 主要特征：12位分辨率、单次和连续转换模式、自动扫描、自校准、数据对齐、可编程采样间隔等。
   • 转换模式：单次转换、连续转换、扫描模式、间断模式等。
   • 寄存器配置：如ADC控制寄存器（ADC_CR1和ADC_CR2）和采样时间寄存器（ADC_SMPR1和ADC_SMPR2）的配置。
4. STM32内部温度传感器的使用：
   • 介绍了如何使用STM32内部温度传感器测量环境温度，包括相关寄存器配置和温度计算公式。

这些内容覆盖了本章的核心知识点，适合作为考试的复习重点。

这一章节主要介绍了基于 Cortex-M3 的 STM32 系列微控制器中的几个重要的外设接口模块，包括 USART 模块、SPI 模块、I2C 模块、CAN 模块和 USB 模块，并提供了丰富的示例程序和开发板设计。

1. USART 模块：USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）是一个全双工的通用同步/异步串行收发模块，具有高度的灵活性。它分为时钟发生器、数据发送器和接收器三部分，所有模块共享控制寄存器。USART 提供了与使用 NRZ 异步串行数据格式的外部设备进行全双工数据交换的灵活方法，并支持多种通信协议和操作。

2. SPI 模块：SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速的、全双工、同步的通信总线，特点包括节约芯片管脚、简单易用、支持主从机模式、可编程频率时钟、写冲突保护和总线竞争保护等。

3. I2C 模块：I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。它由数据线SDA和时钟线SCL构成，可以进行高速双向传送。I2C 总线传送数据时有三种类型的信号：开始信号、结束信号和应答信号。此模块可以工作在从发送模式、从接收模式、主发送模式和主接收模式。

4. CAN 总线模块：CAN（Controller Area Network）是一种高可靠性和良好错误检测能力的现场总线，广泛应用于汽车计算机控制系统和工业环境中。

5. USB 模块：USB（Universal Serial BUS）是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通信。USB接口支持即插即用和热插拔功能，使用差分电压进行数据传输。USB 模块包括多种子模块，如串行接口引擎、定时器、分组缓冲器接口等。

在准备考试时，重点应放在理解每个模块的功能和原理，特别是USART、I2C和USB模块，因为这些模块的实际应用场景较广。同时，熟悉这些模块的基本操作和设置，例如USART模块的波特率设置和GPIO配置，也是非常重要的。