物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，它將物理設(shè)備（傳感器設(shè)備）與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接起來(lái)，并允許信息的全球共享。物聯(lián)網(wǎng)在智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、智慧醫(yī)療以及工業(yè)和農(nóng)業(yè)等多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，它與我們的生活越來(lái)越密不可分。隨著云計(jì)算的發(fā)展，云服務(wù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用迅速增加。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)從端到云的拓展，大大提升了服務(wù)的可用性和可達(dá)性。同時(shí)，云端可以提供更多的已被設(shè)計(jì)完善、可共享或可定制的服務(wù)項(xiàng)目或引擎。對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)便是迫切的需求。嵌入式控制技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中重要的一環(huán)，而當(dāng)前嵌入式開(kāi)發(fā)相關(guān)教材眾多，與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及云服務(wù)緊密聯(lián)系的教材有限，初學(xué)者想進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)在選擇上有一定困難。

本書(shū)依托北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的基于ARM的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程，力圖在書(shū)中兼顧嵌入式開(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容及基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的典型應(yīng)用實(shí)例，希望讀者可以通過(guò)本書(shū)的實(shí)訓(xùn)實(shí)例，在掌握物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)的同時(shí)，利用分立或集成的傳感器、嵌入式設(shè)備等硬件，能按照自己身邊的實(shí)際需求，搭建不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用原型。

本書(shū)的主要篇幅放在Cortex-M4內(nèi)核、STM32F401芯片的體系架構(gòu)以及相關(guān)功能模塊和基于STM32F401芯片的實(shí)例開(kāi)發(fā)上。其中實(shí)例部分包括GPIO、中斷機(jī)制、串行通信、AD轉(zhuǎn)換器、低功耗藍(lán)牙、傳感器模塊、小型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和簡(jiǎn)單的云服務(wù)系統(tǒng)等，讀者可以逐步了解到一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)從局部到整體的搭建過(guò)程。如果對(duì)相應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)，讀者也可跳過(guò)相應(yīng)章節(jié)進(jìn)行第5章以后相應(yīng)模塊的學(xué)習(xí)。

本書(shū)相關(guān)課程的開(kāi)發(fā)得到了北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院提供的實(shí)踐教學(xué)課程開(kāi)發(fā)環(huán)境支持，感謝實(shí)驗(yàn)中心趙同剛主任和饒嵐老師的支持。在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中，ARM中國(guó)大學(xué)計(jì)劃負(fù)責(zé)人陳煒博士在內(nèi)容及章節(jié)安排上提供了建設(shè)性的意見(jiàn)，并在代碼編寫(xiě)以及其他資料上給予了極大的幫助；ARM公司雷磊工程師在實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)發(fā)過(guò)程中提供了技術(shù)支持，他也作為副主編參與了物聯(lián)網(wǎng)課程端到云部分的編撰工作；王夢(mèng)馨助理提供了資料查詢的幫助；同時(shí)感謝本書(shū)編輯楊慶川社長(zhǎng)的大力支持。研究生莫耀凱、綦航、隋鈺童、程倩倩和鄭心雨等同學(xué)參與完成了的資料查找、文獻(xiàn)翻譯、代碼調(diào)試以及校對(duì)工作。需要指出的是，本書(shū)的編寫(xiě)參考了大量的同類(lèi)型教材以及相關(guān)技術(shù)論壇資料。在此對(duì)所有提到的單位和個(gè)人表示感謝。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，加之時(shí)間倉(cāng)促，本書(shū)難免存在缺漏和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)同行及廣大讀者批評(píng)指正。提出書(shū)中的問(wèn)題以及索要相關(guān)實(shí)例與PPT文件請(qǐng)發(fā)郵件至qrswlw@163.com。

編 者

2017年11月

第1章 嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)緒論 1
1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本概念 1
1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義與特征 1
1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 1
1.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu) 2
1.2.1 感知層 2
1.2.2 網(wǎng)絡(luò)層 3
1.2.3 應(yīng)用層 4
1.3 嵌入式系統(tǒng) 4
1.3.1 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介 4
1.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成 5
1.3.3 物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系 8
1.3.4 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件—Keil 9
1.3.5 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)與Mbed 10
參考資料 12
第2章 ARM Cortex-M4技術(shù) 13
2.1 背景概述 13
2.2 核心技術(shù) 14
2.2.1 內(nèi)部架構(gòu) 14
2.2.2 內(nèi)核比較 15
2.2.3 Thumb-2指令集 17
2.2.4 流水線技術(shù) 18
2.2.5 寄存器 19
2.2.6 工作模式 21
2.2.7 異常 22
參考資料 23
第3章 STM32F401體系結(jié)構(gòu) 25
3.1 STM32F401架構(gòu) 25
3.1.1 片內(nèi)結(jié)構(gòu) 25
3.1.2 功能單元描述 25
3.2 封裝與引腳說(shuō)明 28
參考資料 32
第4章 STM32F401功能模塊設(shè)計(jì) 34
4.1 電源模塊 34
4.1.1 電源 34
4.1.2 電源監(jiān)控器 35
4.1.3 低功耗模式 37
4.1.4 電源控制寄存器 38
4.2 復(fù)位模塊 43
4.2.1 系統(tǒng)復(fù)位 43
4.2.2 電源復(fù)位 44
4.2.3 備份域復(fù)位 44
4.3 時(shí)鐘管理模塊 44
4.3.1 HSE時(shí)鐘 46
4.3.2 HSI時(shí)鐘 46
4.3.3 PLL配置 47
4.3.4 LSE時(shí)鐘 47
4.3.5 LSI時(shí)鐘 47
4.3.6 系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK）選擇 48
4.4 定時(shí)器與看門(mén)狗 48
4.4.1 高級(jí)控制定時(shí)器（TIM1） 48
4.4.2 通用定時(shí)器（TIMx） 49
4.4.3 獨(dú)立看門(mén)狗（IWDG） 49
4.4.4 窗口看門(mén)狗（WWDG） 50
4.4.5 SysTick定時(shí)器 52
4.5 內(nèi)部存儲(chǔ)器模塊 52
4.5.1 STM32F401內(nèi)部存儲(chǔ)空間 52
4.5.2 Flash存儲(chǔ)器 52
4.5.3 RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 55
參考資料 56
第5章 通用I/O接口 57
5.1 通用I/O功能描述 57
5.1.1 GPIO端口 57
5.1.2 輸入輸出多路復(fù)用器和映射 57
5.1.3 I/O端口寄存器 58
5.1.4 GPIO模式 59
5.2 通用I/O配置寄存器 60
5.2.1 GPIO端口模式寄存器（GPIOx_MODER） 60
5.2.2 GPIO輸出類(lèi)型寄存器（GPIOx_OTYPER） 60
5.2.3 GPIO端口輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR） 61
5.2.4 GPIO端口上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR） 61
5.2.5 GPIO端口輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR） 62
5.2.6 GPIO端口輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR） 62
5.2.7 GPIO端口比特置位復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR） 63
5.2.8 GPIO端口配置鎖存器（GPIOx_LCKR） 63
5.2.9 GPIO復(fù)用功能低位寄存器（GPIOx_AFRL） 64
5.2.10 GPIO復(fù)用功能高位寄存器（GPIOx_AFRH） 65
5.2.11 RCC AHB1外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器（RCC_AHB1ENR） 66
5.3 應(yīng)用實(shí)例 66
5.3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 66
5.3.2 Keil軟件使用 68
5.3.3 寄存器操作技巧 71
5.3.4 GPIO實(shí)例代碼 71
5.3.5 測(cè)試結(jié)果及分析 73
參考資料 73
第6章 STM32F401中斷機(jī)制 74
6.1 中斷控制 74
6.1.1 基本概念 74
6.1.2 中斷優(yōu)先級(jí) 74
6.1.3 中斷控制位 75
6.1.4 中斷過(guò)程 75
6.1.5 外部中斷/事件控制器（EXTI） 76
6.1.6 外部中斷/事件線映射 77
6.2 中斷控制寄存器 78
6.2.1 NVIC寄存器 78
6.2.2 EXTI寄存器 79
6.3 應(yīng)用實(shí)例 81
6.3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 81
6.3.2 中斷實(shí)例代碼 82
6.3.3 測(cè)試結(jié)果及分析 84
參考資料 85
第7章 STM32F401串行通信 86
7.1 USART簡(jiǎn)介及主要功能 86
7.2 USART功能描述 87
7.2.1 USART結(jié)構(gòu) 87
7.2.2 USART字符描述 87
7.2.3 發(fā)送器 89
7.2.4 接收器 92
7.2.5 多處理器通信 95
7.2.6 LIN（局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）模式 96
7.2.7 USART同步模式 97
7.2.8 單線半雙工通信 98
7.3 應(yīng)用實(shí)例 98
7.3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 98
7.3.2 UART實(shí)例代碼 99
7.3.3 測(cè)試結(jié)果及分析 103
參考資料 104
第8章 STM32F401 AD轉(zhuǎn)換器 105
8.1 功能描述 105
8.1.1 ADC介紹 105
8.1.2 ADC功能描述 105
8.2 ADC寄存器配置 112
8.2.1 ADC狀態(tài)寄存器（ADC_SR） 112
8.2.2 ADC控制寄存器1（ADC_CR1） 114
8.2.3 ADC寄存器2（ADC_CR2） 117
8.2.4 ADC采樣時(shí)間寄存器1（ADC_SMPR1） 120
8.2.5 ADC采樣時(shí)間寄存器2（ADC_SMPR2） 121
8.2.6 ADC注入通道數(shù)據(jù)偏移寄存器（ADC_JOFRx）（x=1..4） 122
8.2.7 ADC看門(mén)狗高閾值寄存器（ADC_HTR） 122
8.2.8 ADC看門(mén)狗低閾值寄存器（ADC_LTR） 123
8.2.9 ADC規(guī)則序列寄存器1（ADC_SQR1） 123
8.2.10 ADC規(guī)則序列寄存器2（ADC_SQR2） 124
8.2.11 ADC規(guī)則序列寄存器3（ADC_SQR3） 124
8.2.12 ADC注入序列寄存器（ADC_JSQR） 125
8.2.13 ADC注入數(shù)據(jù)寄存器x（ADC_JDRx）（x=1..4） 126
8.2.14 ADC規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器（ADC_DR） 126
8.2.15 ADC通用控制寄存器（ADC_CCR） 126
8.2.16 ADC寄存器映射 127
8.3 應(yīng)用實(shí)例 128
8.3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 128
8.3.2 實(shí)例代碼 128
8.3.3 測(cè)試結(jié)果及分析 132
參考資料 132
第9章 STM32F401低功耗藍(lán)牙 133
9.1 功能描述 133
9.1.1 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介 134
9.1.2 BlueNRG 142
9.1.3 BALF-NRG-01D3 142
9.2 藍(lán)牙模塊配置 143
9.2.1 Mbed 143
9.2.2 可能用到的函數(shù) 144
9.2.3 程序框架 145
9.3 應(yīng)用實(shí)例 146
9.3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 146
9.3.2 藍(lán)牙實(shí)例代碼 147
9.3.3 測(cè)試結(jié)果及分析 149
參考資料 149
第10章 STM32F401傳感器模塊 151
10.1 功能描述 151
10.2 傳感器模塊配置 157
10.2.1 傳感器I2C地址的選擇 157
10.2.2 傳感器的斷開(kāi) 157
10.2.3 可能用到的函數(shù) 157
10.2.4 程序框架 159
10.3 應(yīng)用實(shí)例 159
10.3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 159
10.3.2 傳感器模塊實(shí)例代碼 160
10.3.3 測(cè)試結(jié)果及分析 161
參考資料 161
第11章 嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例 163
11.1 傳感器數(shù)據(jù)采集 163
11.1.1 溫度傳感器 163
11.1.2 溫濕度傳感器 163
11.1.3 超聲波傳感器 164
11.1.4 煙霧傳感器 164
11.1.5 聲音傳感器 165
11.1.6 光敏傳感器 165
11.2 藍(lán)牙氣象站實(shí)例 165
11.2.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 166
11.2.2 藍(lán)牙氣象站實(shí)例代碼 166
11.2.3 測(cè)試結(jié)果及分析 177
11.3 設(shè)計(jì)建議 177
第12章 物聯(lián)網(wǎng)和云 180
12.1 物聯(lián)網(wǎng)需要云 180
12.1.1 云計(jì)算 180
12.1.2 云計(jì)算的基本概念術(shù)語(yǔ) 180
12.1.3 云計(jì)算的安全 188
12.2 物聯(lián)網(wǎng)與云的結(jié)合 189
12.2.1 物聯(lián)網(wǎng)的端到云 189
12.2.2 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算結(jié)合的模式分類(lèi) 190
12.2.3 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算的分階段融合 191
12.2.4 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算的結(jié)合優(yōu)勢(shì) 191
12.2.5 物聯(lián)網(wǎng)與云的結(jié)合實(shí)例 193
12.3 使用Bluemix連接設(shè)備實(shí)例 195
12.3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)例說(shuō)明 196
12.3.2 測(cè)試結(jié)果及分析 202
參考資料 203
附錄1 Keil軟件使用詳細(xì)教程 205
附錄2 Mbed編程實(shí)例代碼 217

1. 庭院風(fēng)骨—樹(shù)、灌、籬 [創(chuàng)意房主 著]
2. Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程 [郭其標(biāo) 房宜汕]
3. 微積分（經(jīng)管類(lèi)）教程篇（下冊(cè)） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
4. 微積分（經(jīng)管類(lèi)）教程篇（上冊(cè)） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
5. 微積分（經(jīng)管類(lèi)）導(dǎo)學(xué)篇（上冊(cè)） [王海棠 曹海軍 周玲麗]
6. 網(wǎng)站前端技術(shù)案例教程（HTML+CSS+JavaScript）（第二版） [黃華升]
7. 線性代數(shù) [主編 史昱 陳鳳欣]
8. 電力電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) [主編 陳榮]
9. 成長(zhǎng)對(duì)話：青春的榜樣 [主編　施端銀　黃武剛　應(yīng)巨林]
10. 人工智能應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 楊纓 李佳]
11. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
12. 電路與電子技術(shù)Ⅱ——電路分析基礎(chǔ) [主編 陳曉 金哲]
13. 飛機(jī)維修專業(yè)英語(yǔ)——飛機(jī)系統(tǒng)（第二版） [趙迎春]
14. 英語(yǔ)大爆炸：跟趣味情景劇學(xué)口語(yǔ)（微課版） [秦然　編著]
15. 機(jī)械工程制圖任務(wù)跟蹤訓(xùn)練 [主編 王瑞清 趙金考 周彥云 ]
16. 機(jī)械工程制圖 [主編 覃國(guó)萍 劉百順 禹晨]
17. 平面設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目化教程 [主編　李晨]
18. 后期影像剪輯技術(shù) [主編　郭建偉]
19. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
20. 信息時(shí)代美育之道 [主編　劉宏宇　黎婭]
21. 數(shù)字媒體交互設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教程（微課版） [主編　蘇陸]
22. 動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)規(guī)律項(xiàng)目實(shí)例解析（微課版） [孫珊珊　袁維坤]
23. 自然語(yǔ)言處理 [主編　馮建周]
24. 新媒體內(nèi)容創(chuàng)作實(shí)務(wù)（微課版） [主編　覃思源]
25. 人工智能基礎(chǔ) [主編 余平 張春陽(yáng)]
26. 人工智能導(dǎo)論 [主編 王飛 潘立武]
27. Amazing！兒童英語(yǔ)自然拼讀分級(jí)教材（全8冊(cè)） [王玲　編著]
28. Spark大數(shù)據(jù)處理技術(shù) [主編　劉仁山　周洪翠　莊新妍]
29. 毫無(wú)PS痕跡—你的第一本Photoshop書(shū)（第二版） [趙鵬 著]
30. 電視新聞制作（活頁(yè)式） [主編 王曉翠 劉傳琳]