Hướng Dẫn Sử Dụng Vi Điều Khiển STM32F103 và Hệ Thống Nhúng

Preface

1. Chapter 1: The History of Arm and Microcontrollers

1.1. Section 1.1: Introduction to Microcontrollers

1.2. Section 1.2: The Arm Family History

1.3. Section 1.3: STM32 Family

1.4. Problems

1.5. Answers to Review Questions

2. Chapter 2: Arm Architecture and Assembly Language Programming

2.1. Section 2.1: The General Purpose Registers in the Arm

2.2. Section 2.2: The Arm Memory Map

2.3. Section 2.3: Load and Store Instructions in Arm

2.4. Section 2.4: Arm CPSR (Current Program Status Register)

2.5. Section 2.5: Arm Data Formats and Assembler Directives

2.6. Section 2-6: Assembler data allocation directives

2.7. Section 2.7: Introduction to Arm Assembly Programming

2.8. Section 2.8: Creating an Arm Assembly Program

2.9. Section 2.9: The Program Counter and Program Memory Space in the Arm

2.10. Section 2.10: Some Arm Addressing Modes

2.11. Section 2.11: Pipelining and Harvard Architecture in Arm

2.12. Section 2.12: RISC Architecture in Arm

2.13. Problems

2.14. Answers to Review Questions

3. Chapter 3: Arithmetic and Logic Instructions and Programs

3.1. Section 3.1: Arithmetic Instructions

3.2. Section 3.2: Logic Instructions

3.3. Section 3.3: Shift and Rotate Instructions

3.4. Section 3.4: Rotate and Shift in Data Processing Instructions (Case Study)

3.5. Section 3.5: BCD and ASCII Conversion

3.6. Problems

3.7. Answers to Review Questions

4. Chapter 4: Branch, Call, and Looping in Arm

4.1. Section 4.1: Looping and Branch Instructions

4.2. Section 4.2: Calling Subroutine with BL

4.3. Section 4.3: Time Delay

4.4. Section 4-5: Exploring the Startup File

4.5. Problems

4.6. Answers to Review Questions

5. Chapter 5: Signed Integer Numbers Arithmetic

5.1. Section 5.1: Signed Numbers Concept

5.2. Section 5.2: Signed Number Instructions and Operations

5.3. Section 5.3: Signed Number Comparison

5-4. Section 5-4: Sign Extension

5.5. Problems

5.6. Answers to Review Questions

6. Chapter 6: Arm Addressing Modes

6.1. Section 6.1: Arm Memory Access

6.2. Section 6.2: Advanced Indexed Addressing Modes

6.3. Section 6.3: ADR, LDR, and PC Relative Addressing

6.4. Section 6.4: Arm Bit-Addressable Memory Region

6.5. Problems

6.6. Answers to Review Questions

7. Chapter 7: C for Embedded Systems

7.1. Section 7.1: C Data types for Embedded systems

7.2. Section 7.2: Bit-wise Operations in C

7.3. Problems

7.4. Answer to Review Questions

8. Chapter 8: STM32F103 I/O Programming

8.1. Section 8.1: I/O Port Programming in STM32F1xx

8.2. Section 8.2: Seven-segment LED interfacing and programming

8.3. Section 8.3: Clock sources, Reset, and Power Supply Pins in STM32F10x

8.4. Section 8.4: GPIO Programming in Assembly Language

8.5. Problems

8.6. Answer to Review Questions

9. Chapter 9: LCD and Keyboard Interfacing

9.1. Section 9.1: Interfacing to an LCD

9.2. Section 9.2: Interfacing the Keyboard to the CPU

9.3. Problems

9.4. Answers to Review Questions

10. Chapter 10: UART Serial Port Programming

10.1. Section 10.1: Basics of Serial Communication

10.2. Section 10.2: Programming UART Ports

10.3. Problems

10.4. Answer to Review Questions

11. Chapter 11: STM32 ARM Timer Programming

11.1. Section 11.0: Introduction to counters and timers

11.2. Section 11.1: System Tick Timer

11.3. Section 11.2: Delay Generation with STM32 Timers

11.4. Section 11.3: Output Compare and TIM Channels

11.5. Section 11.4: Using Timer for Input Capturing

11.6. Section 11.5: Using Timer as a Counter

11.7. Problems

11.8. Answers to Review Questions

12. Chapter 12: Interrupt and Exception Programming

12.1. Section 12.1: Interrupts and Exceptions in ARM Cortex-M

12.2. Section 12.2: SysTick Programming and Interrupt

12.3. Section 12.3: STM32 I/O Port Interrupt Programming

12.4. Section 12.4: USART Serial Port Interrupt Programming

12.5. Section 12.5: Timer Interrupt Programming

12.6. Section 12.6: Interrupt Priority, nested interrupts, and latency

12.7. Section 12.7: ARM Cortex-M Processor Modes

12.8. Problems

12.9. Answer to Review Questions

13. Chapter 13: ADC, DAC, and Sensor Interfacing

13.1. Section 13.1: ADC Characteristics

13.2. Section 13.2: ADC Programming with STM32F1xx

13.3. Section 13.3: Sensor Interfacing and Signal Conditioning

13.4. Section 13.4: DAC Programming

13.5. Problems

13.6. Answers to Review Questions

14. Chapter 14: Relay, Optoisolator, and Stepper Motor Interfacing

14.1. Section 14.1: Relays and Optoisolators

14.2. Section 14.2: Stepper Motor Interfacing

14.3. Problems

14.4. Answers to Review Questions

15. Chapter 15: PWM and DC Motor Control

15.1. Section 15.1: DC Motor Interfacing and PWM

15.2. Section 15.2: Programming PWM in STM32

15.3. Section 15.3: DC Motor Control Using PWM

15.4. Problems

15.5. Answers to Review Questions

16. Chapter 16: I2C Protocol and RTC Interfacing

16.1. Section 16.1: I2C Bus Protocol

16.2. Section 16.2: I2C Programming in STM32F10x

16.3. Section 16.3: DS3231 RTC Interfacing and Programming

16.4. Problems

16.5. Answers to Review Questions

17. Chapter 17: SPI Protocol and Devices

17.1. Section 17.1: SPI Bus Protocol

17.2. Section 17.2: SPI programming in STM32

17.3. Section 17.3: MAX7219/MAX7221 SPI 7-Segment Driver

17.4. Problems

17.5. Answers to Review Questions

18. Chapter 18: Programming Graphic LCD

18.1. Section 18.1: Graphic LCDs

18.2. Section 18.2: Displaying Texts on Graphic LCDs

18.3. Problems

18.4. Answers to Review Questions

19. Chapter 19: Direct Memory Access (DMA)

19.1. Section 19.1: Introduction to DMA

19-2. Section 19-2: DMA in STM32F10x

19.3. Problems

19.4. Answers to Review Questions

Appendix A: ARM Cortex-M3 Instruction Description

A.1. Section A.1: List of ARM Cortex-M3 Instructions

A.2. Section A.2: ARM Instruction Description

Appendix B: ARM Assembler Directives

B.1. Section B.1: List of ARM Assembler Directives

B.2. Section B.2: Description of ARM Assembler Directives

Appendix C: Macros

C.1. What is a macro and how is it used?

C.2. Macros vs. subroutines

Appendix D: Passing Arguments into Functions

D.1. D.1: Passing arguments through registers

D.2. D.2: Passing through memory using references

D.3. D.3: Passing arguments through stack

D.4. D.4: AAPCS (ARM Application Procedure Call Standard)

Appendix E: ASCII Codes

Appendix F: Advanced C Programming

F.1. Section F.1: Preprocessor Directives

F.2. Section F.2: Manipulating Registers Using Defined Bit Names

Appendix G: Flowcharts and Pseudo-code (Web)

Appendix H: IC Interfacing and System Design Issues (Web)

I. Hướng Dẫn Tổng Quan Về Vi Điều Khiển STM32F103

Vi điều khiển STM32F103 là một trong những dòng vi điều khiển phổ biến nhất trong hệ thống nhúng. Với kiến trúc ARM Cortex-M3, nó cung cấp hiệu suất cao và tiêu thụ năng lượng thấp. Việc hiểu rõ về cấu trúc và tính năng của STM32F103 là rất quan trọng cho việc phát triển ứng dụng nhúng. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về vi điều khiển này và ứng dụng của nó trong các hệ thống nhúng.

1.1. Giới Thiệu Về Vi Điều Khiển STM32F103

Vi điều khiển STM32F103 thuộc dòng STM32 của STMicroelectronics, nổi bật với khả năng xử lý nhanh và linh hoạt. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng từ công nghiệp đến tiêu dùng.

1.2. Các Tính Năng Nổi Bật Của STM32F103

STM32F103 có nhiều tính năng như bộ nhớ flash lớn, nhiều cổng I/O, và hỗ trợ giao tiếp I2C, SPI. Những tính năng này giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các dự án nhúng.

II. Những Thách Thức Khi Sử Dụng Vi Điều Khiển STM32F103

Mặc dù STM32F103 mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong quá trình phát triển. Việc làm quen với môi trường lập trình và các công cụ phát triển có thể gây khó khăn cho người mới bắt đầu. Bài viết này sẽ phân tích những thách thức chính và cách khắc phục chúng.

2.1. Khó Khăn Trong Lập Trình STM32

Lập trình STM32 yêu cầu kiến thức vững về ngôn ngữ C và các khái niệm về lập trình nhúng. Việc thiếu kinh nghiệm có thể dẫn đến lỗi trong quá trình phát triển.

2.2. Vấn Đề Tương Thích Phần Mềm

Một số phần mềm phát triển có thể không tương thích hoàn toàn với STM32F103, gây khó khăn trong việc biên dịch và chạy chương trình.

III. Phương Pháp Lập Trình Vi Điều Khiển STM32F103 Hiệu Quả

Để lập trình hiệu quả cho STM32F103, cần áp dụng các phương pháp và công cụ phù hợp. Việc sử dụng IDE như Keil hoặc STM32CubeIDE có thể giúp đơn giản hóa quá trình phát triển. Bài viết này sẽ giới thiệu các phương pháp lập trình hiệu quả.

3.1. Sử Dụng STM32CubeIDE

STM32CubeIDE là một công cụ phát triển tích hợp giúp lập trình viên dễ dàng tạo và quản lý dự án cho STM32F103. Nó cung cấp giao diện thân thiện và nhiều tính năng hữu ích.

3.2. Tối Ưu Hóa Mã Lập Trình

Tối ưu hóa mã lập trình giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. Việc sử dụng các thư viện và hàm có sẵn có thể giúp tiết kiệm thời gian phát triển.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Vi Điều Khiển STM32F103

Vi điều khiển STM32F103 được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa, điều khiển thiết bị, và IoT. Bài viết này sẽ khám phá một số ứng dụng thực tiễn nổi bật của STM32F103.

4.1. Ứng Dụng Trong Tự Động Hóa

STM32F103 được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa như điều khiển động cơ và cảm biến. Nó giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.

4.2. Ứng Dụng Trong IoT

Với khả năng kết nối và giao tiếp, STM32F103 là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng IoT, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu từ xa.

V. Kết Luận Về Vi Điều Khiển STM32F103 và Tương Lai

Vi điều khiển STM32F103 không chỉ là một công cụ mạnh mẽ cho lập trình viên mà còn mở ra nhiều cơ hội trong phát triển công nghệ. Tương lai của STM32F103 hứa hẹn sẽ còn phát triển hơn nữa với sự gia tăng của các ứng dụng nhúng và IoT.

5.1. Tương Lai Của Công Nghệ Nhúng

Công nghệ nhúng sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ, và STM32F103 sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự đổi mới trong lĩnh vực này.

5.2. Cơ Hội Phát Triển Cho Lập Trình Vi Điều Khiển

Với sự gia tăng nhu cầu về các giải pháp nhúng, lập trình viên có cơ hội lớn để phát triển kỹ năng và tạo ra các sản phẩm sáng tạo.

Vi Điều Khiển STM32F103 và Hệ Thống Nhúng Sử Dụng Assembly và C