基于ARM Cortex-M0+的 CW32嵌入式开发实战

本书以基于ARM Cortex-M0+内核的典型国产芯片—CW32系列单片机为例，从嵌入式产品开发工程师的视角，深入讲解从基本原理、电路设计、软件开发到项目实战的全过程，帮助读者掌握基于ARM Cortex-M0+的嵌入式系统开发的核心技能。 此外，本书还注重嵌入式系统开发的实用性、拓展性和可迁移性，旨在使读者不但可以通过本书实战案例掌握CW32的开发应用，还可以轻松地推及、掌握Cortex-M系列（包括STM32系列及衍生的各种国产芯片）单片机产品设计技能。 本书既适合作为电子、机电、自动化、物联网及其他相关专业的本、专科学生开展课程设计、毕业设计、电子竞赛培训等的教材，也可作为从事嵌入式系统开发的工程技术人员的参考书。 无论读者是嵌入式开发的初学者，还是有一定经验的开发者，本书都能为读者提供全面的学习资源和实用的实战指导，助力读者在嵌入式开发领域取得更大的进步和成就。

许弟建：重庆科技大学电子与电气工程学院副教授，主研电子信息方向。陈巧：武汉芯源半导体有限公司总经理助理兼营销总监，在MCU领域深耕二十余年，有丰富的行业经验。李家庆：重庆科技大学电子与电气工程学院副教授，具有二十余年的嵌入式系统一线开发和教学经验。李芳：重庆大学控制理论与控制工程硕士毕业，重庆优易特智能科技有限公司创始人。张常友：教授，新余市优秀教师，全国大学生电子设计竞赛江西赛区评审专家，发表论文二十余篇，主编和参编教材7本，申请专利10余项。张亚凡：武汉芯源半导体有限公司技术总监，具有丰富的嵌入式系统及芯片开发经验。

第1章　CW32单片机概述 1 1.1　单片机及Cortex-M0+内核概述 1 1.1.1　单片机发展史简述 1 1.1.2　Cortex-M0+内核介绍 4 1.1.3　Cortex-M0+到底“+”了什么 5 1.2　CW32单片机介绍 5 1.2.1　武汉芯源半导体有限公司简介 6 1.2.2　CW32全系列产品概览 6 1.2.3　通用高性能CW32F系列简介 8 1.2.4　安全低功耗CW32L系列简介 10 1.2.5　无线射频系列简介 13 1.2.6　车规级CW32A系列简介 14 1.3　CW32单片机的优点 15 1.3.1　质量可靠 15 1.3.2　性能优越 16 1.3.3　开发者友好 17 1.4　CW32官方网站及芯片选型 17 1.4.1　CW32官方网站及资料获取 17 1.4.2　CW32芯片选型 19 第2章　CW32开发快速入门 20 2.1　软件开发环境搭建 20 2.1.1　MDK开发环境概述 20 2.1.2　MDK的安装与配置 22 2.2　固件库及PACK的安装 29 2.2.1　CW32固件库简介 29 2.2.2　PACK的安装 29 2.3　CW32的开发工具 30 2.3.1　与M0+兼容的调试工具 30 2.3.2　CW-DAPLINK调试工具 31 2.4　快速开发入门 32 2.4.1　创建CW32工程模板 32 2.4.2　快速点亮一个LED 37 2.5　CW32的量产工具 40 2.5.1　烧录器CW-Writer 40 2.5.2　软件CW-Programmer 41 第3章　CW32F030原理及基础 47 3.1　芯片特性及内部框图 47 3.1.1　芯片特性 47 3.1.2　内部框图 55 3.2　芯片存储器组织 57 3.2.1　存储器映射和寄存器边界地址 58 3.2.2　SRAM 58 3.2.3　FLASH存储器 59 3.2.4　OTP存储器 59 3.2.5　系统启动配置 59 3.3　芯片电源 59 3.3.1　电源监控 60 3.3.2　工作模式 63 3.3.3　低功耗应用 63 3.4　芯片复位 63 3.4.1　系统复位 63 3.4.2　外设复位 65 3.5　芯片时钟控制 65 3.5.1　系统内部时钟树 65 3.5.2　系统时钟及工作模式 66 3.5.3　系统时钟源 66 3.5.4　片内外设时钟控制 71 3.5.5　时钟启动及校准 72 3.6　芯片中断系统 73 3.6.1　概述 73 3.6.2　中断向量表 73 3.7　芯片调试接口 74 3.7.1　概述 74 3.7.2　SWD接口 75 第4章　GPIO端口 76 4.1　概述 76 4.2　主要特性 76 4.3　功能描述 76 4.3.1　功能框图 76 4.3.2　数字输出 77 4.3.3　数字输入 77 4.3.4　模拟功能 78 4.3.5　复用功能 78 4.3.6　中断功能 80 4.3.7　其他功能 80 4.4　编程示例 81 4.4.1　数字输出编程示例 81 4.4.2　数字输入编程示例 81 4.4.3　模拟功能编程示例 81 4.4.4　复用功能编程示例 81 4.4.5　中断功能编程示例 81 4.5　寄存器 82 第5章　高级定时器 83 5.1　高级定时器简介 83 5.2　主要特性 83 5.3　功能描述 84 5.3.1　功能框图 84 5.3.2　输入捕获功能 91 5.3.3　输出比较功能 93 5.3.4　正交编码计数 101 5.3.5　触发ADC 102 5.3.6　DMA功能 102 5.3.7　主从模式 103 5.3.8　内部级联ITR 104 5.3.9　片内外设互联ETR 105 5.4　调试支持 105 5.5　编程示例 106 5.5.1　输入捕获 106 5.5.2　PWM输入 106 5.5.3　输出比较功能 106 5.5.4　互补PWM输出 107 5.5.5　DMA功能 108 5.5.6　触发模式 109 5.5.7　门控模式 109 5.5.8　内部级联ITR 109 5.6　寄存器 109 第6章　ADC 111 6.1　概述 111 6.1.1　主要特性 111 6.1.2　功能框图 112 6.2　ADC转换性能 112 6.2.1　转换时序 112 6.2.2　转换速度 113 6.2.3　转换精度 114 6.2.4　转换结果 114 6.3　工作模式 114 6.3.1　单通道单次转换模式 114 6.3.2　单通道多次转换模式 116 6.3.3　单通道连续转换模式 117 6.3.4　序列连续转换模式 118 6.3.5　序列扫描转换模式 119 6.3.6　序列多次转换模式 120 6.3.7　序列断续转换模式 122 6.4　累加转换功能 123 6.5　自动关闭模式 124 6.6　外部触发源 125 6.7　模拟看门狗 125 6.8　温度传感器 126 6.9　ADC中断 127 6.10　寄存器 127 第7章　嵌入式硬件设计工具 128 7.1　嵌入式硬件设计概述 128 7.2　常用EDA软件 129 7.2.1　常用的商用EDA软件 130 7.2.2　常用的开源EDA软件 131 7.3　嘉立创EDA简介 131 7.4　嘉立创EDA功能特点 133 7.4.1　共享系统库 134 7.4.2　电路仿真与PCB设计 134 7.4.3　3D外壳建模功能 135 7.4.4　开源广场 136 7.4.5　丰富的学习资源 137 7.4.6　团队管理 138 第8章　CW32最小系统电路设计 139 8.1　CW32核心板原理图设计 139 8.1.1　设计流程 139 8.1.2　创建工程 140 8.1.3　创建原理图 140 8.1.4　放置元件 141 8.1.5　电气连接 144 8.1.6　模块式原理图绘制 145 8.1.7　原理图检查 146 8.1.8　CW32最小系统原理图 147 8.2　CW32的PCB设计 147 8.2.1　设计流程 147 8.2.2　新建PCB文件 147 8.2.3　导入原理图与更新PCB 148 8.2.4　PCB的图层 149 8.2.5　边框、定位孔设计 151 8.2.6　元件布局 152 8.2.7　元件布线 155 8.2.8　添加丝印 158 8.2.9　添加泪滴 160 8.2.10　PCB覆铜 161 8.2.11　PCB检查 162 8.3　CW32硬件配置要求检查 162 8.4　电路设计注意事项 163 8.4.1　默认快捷键 163 8.4.2　注意事项与设计技巧 164 8.4.3　电路设计的十大原则 164 第9章　CW32F030基础应用实例 166 9.1　CW32_IoT_EVA评估板简介 166 9.2　CW32_IoT_EVA评估板原理图 167 9.3　GPIO应用实验 169 9.3.1　流水灯实验 169 9.3.2　按键指示灯实验 171 9.3.3　蜂鸣器实验 173 9.4　定时器应用实验 174 9.4.1　实验要求 174 9.4.2　硬件原理 174 9.4.3　参考程序 175 9.4.4　运行结果与验证 176 9.5　OLED显示应用实验 176 9.5.1　实验要求 176 9.5.2　硬件原理 176 9.5.3　参考程序 178 9.5.4　运行结果与验证 180 9.6　ADC应用实验 180 9.6.1　实验要求 180 9.6.2　硬件原理 180 9.6.3　参考程序 180 9.6.4　运行结果与验证 181 9.7　串行接口应用实验 181 9.7.1　实验要求 182 9.7.2　硬件原理 182 9.7.3　参考程序 184 9.7.4　运行结果与验证 186 第10章　CW32L083超低功耗开发实战 187 10.1　CW32L083芯片优势 187 10.1.1　产品特性 187 10.1.2　内部框图 189 10.1.3　功能特性 190 10.2　CW32L083评估板简介 197 10.2.1　评估板特性 198 10.2.2　快速开始 198 10.2.3　硬件布局 198 10.3　CW32L083评估板原理图 199 10.3.1　电源电路 199 10.3.2　最小系统电路 200 10.3.3　外扩FLASH芯片电路 201 10.3.4　外扩EEPROM芯片电路 201 10.3.5　编程接口电路 202 10.3.6　USB转串口电路 202 10.3.7　按键指示灯电路 203 10.3.8　扩展接口电路 203 10.3.9　IR收发电路 204 10.3.10　蜂鸣器电路 205 10.3.11　LCD接口电路 206 10.4　CW32L083低功耗应用实验 208 10.4.1　低功耗设计概念 208 10.4.2　低功耗工作原理 208 10.4.3　低功耗之外部中断唤醒实验 210 10.4.4　低功耗之串口唤醒实验 213 10.4.5　低功耗之不同主频功耗实验 218 10.4.6　低功耗之不同外设功耗测试实验 222 第11章　CW32多功能测试笔产品开发 230 11.1　项目简介 230 11.1.1　项目起因 230 11.1.2　初步构想 230 11.1.3　设计思路 231 11.1.4　实物及原理图 231 11.2　电路设计说明 232 11.2.1　电源与电池管理 232 11.2.2　单片机及外设等 234 11.2.3　模拟前端 236 11.3　硬件焊接与组装 244 11.3.1　PCB焊接 244 11.3.2　硬件组装说明 244 11.3.3　烧录方法说明 246 11.4　软、硬件联调及测试 246 11.4.1　电压输入测量模式 246 11.4.2　PWM输出模式 248 11.4.3　DC输出模式 249 11.4.4　通断检测模式 249 11.4.5　二极管挡位 250 11.4.6　校准模式 250 11.5　软件编写说明 250 11.5.1　文件构成 250 11.5.2　GPIO初始化 251 11.5.3　ADC初始化 252 11.5.4　PWM初始化 255 11.5.5　LCD驱动 256 11.5.6　测试笔模式真值 257 11.5.7　RTOS 257 11.5.8　UI 259 11.5.9　功能概览 260 11.5.10　蓝牙功能 261 第12章　基于CW32微处理器的运动目标控制系统与自动追踪系统 262 12.1　项目背景及要求 262 12.1.1　全国大学生电子设计竞赛 近十二年题目汇总 262 12.1.2　2023年全国大学生电子设计竞赛E题题目及要求 264 12.2　系统总体设计方案 265 12.2.1　任务概述 265 12.2.2　总体设计方案与论证 265 12.3　运动目标控制理论及自动追踪 方法 269 12.3.1　运动目标控制理论 269 12.3.2　自动追踪系统方法 269 12.4　系统硬件设计 269 12.4.1　运动目标控制系统设计 269 12.4.2　自动追踪系统设计 270 12.5　OpenMV模块软件设计 270 12.5.1　色块识别原理 270 12.5.2　色块识别及坐标输出 271 12.5.3　运动目标控制系统中OpenMV模块程序代码 272 12.5.4　自动追踪系统中OpenMV模块程序代码 273 12.6　CW32控制系统软件设计 274 12.6.1　运动目标控制系统中CW32 程序设计 274 12.6.2　自动追踪系统中CW32程序设计 275 12.6.3　CW32串口通信程序设计 276 12.7　CW32软件编写说明 277 12.7.1　运动目标控制系统中CW32的软件编写 277 12.7.2　自动追踪系统中CW32的软件编写 283 12.8　系统测试 287 12.8.1 测试方案设计 287 12.8.2 测试结果及分析 288 12.9　比赛经验分享 288 12.9.1 赛前准备环节 288 12.9.2 比赛过程 289 参考文献 290