前  言

习近平总书记在党的二十大报告中指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略”“坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动”“加快建设教育强国、科技强国、人才强国”“全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才”。本书作为“卓越工程师培养系列”丛书之一，以快速提升工程人才实践能力为目标，通过大量实践，让读者对微控制器底层原理和应用有深入的理解和思考，全面掌握微控制器的基础知识。只有这样，才有可能设计出性能优异的产品。

本书主要介绍微控制器原理与应用，采用的硬件平台为GD32F3苹果派开发板，其主控芯片为GD32F303ZET6(封装为LQFP144)，由兆易创新科技集团股份有限公司(以下简称“兆易创新”)研发并推出。兆易创新的GD32 MCU是中国高性能通用微控制器领域的领跑者，主要体现在以下几点：①GD32 MCU是中国最大的ARM MCU产品家族，已经成为中国32位通用MCU市场的主流之选；②兆易创新在中国第一个推出基于ARM Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M23和Cortex-M33内核的MCU产品系列；③全球首个RISC-V内核通用32位MCU产品系列出自兆易创新；④在中国32位MCU厂商排名中，兆易创新连续五年位居第一。

“微机原理”作为高等院校工科电子类、信息类等专业的一门重要课程，旨在加强学生对计算机系统架构、汇编语言及计算机组成原理的了解。然而，市面上的多数书籍对架构知识涉及较少，或内容晦涩难懂，不利于读者全面了解系统架构知识并加以应用。此外，市面上针对国产32位微控制器的微机原理教材较少。为此，我们希望通过编写本书，使读者能够快速学习汇编语言，从而探索和了解CPU的工作方式，进一步提高编程技术。

“微机原理”教材的发展未来必将走向32位微控制器，这是不争的事实，但是否使用汇编语言，见仁见智。根据产业界的反馈，要理解计算机体系架构，就要了解指令系统。另外，现在很多产品都会涉及操作系统，如果没有汇编语言基础，就很难深入理解操作系统，更谈不上在操作系统上编写高性能、稳定、小尺寸的应用程序。我们建议先基于C语言学习32位微控制器，再基于汇编语言学习32位微控制器。前者可通过GD32系列教材中的《GD32F3开发基础教程——基于GD32F303ZET6》来学习，后者可使用本书学习。两本书在实验编排上有一定的相似性，旨在通过不同的语言来实现同样的功能。读者可以在对比中掌握两种语言的差异性和共性，从而夯实基础，加深对微控制器底层原理的理解。

GD32F303ZET6微控制器采用了最新Cortex-M4内核，同主频下的代码执行效率相比市场同类Cortex-M4产品提高10%～20%，相比Cortex-M3产品提高30%。Cortex-M4内核基于ARM-v7架构。ARM架构为32位精简指令集(RISC)中央处理器架构，广泛应用于嵌入式系统设计中，因此，学习ARM架构是嵌入式系统设计的重要环节之一。

人才是推动行业发展的核心力量，而常年来硬件领域人才缺口大，企业难以招聘到合适的人才。一方面，硬件学习门槛高、周期长；另一方面，难有完善的培养体系可以系统性地建立初学者的硬件知识体系，提升硬件水平。本书希望通过一系列实验，手把手带着读者一起学架构、学指令、学调试，丰富读者知识体系，提高其对嵌入式系统设计的兴趣，并在硬件开发道路上持之以恒、深入钻研，成为国家社会需要的人才。

本书各章内容安排如下：

第1、2章简要介绍本书所用开发平台和工具，以及开发工具的安装与配置，然后介绍微机工作原理和GD32F30x系列微控制器。

第3～8章以仿真实验为主线，对Keil软件的使用，工程的建立、编译和程序下载，以及汇编语言的基础知识进行介绍。

第9～17章介绍GPIO、外部中断、定时器、SysTick、RCU、串口通信、ADC和DAC的原理及相关寄存器，并通过实验进行验证。

本书特点如下：

(1) 本书内容对有一定微控制器基础的读者来说较为友好，建议先学习“卓越工程师培养系列”教材中的《GD32F3开发基础教程——基于GD32F303ZET6》，再学习本书。

(2) 本书适合具有ARM基础的嵌入式工程师学习，也可以作为高等院校电子类专业的教材。

(3) 本书注重理论与实践相结合，对于高深晦涩的原理涉及较少，大多采用通俗易懂的语言深入浅出地进行介绍。原理介绍之后再进行实验，将理论运用到实际工程中，以巩固所学知识。

(4) 书中的所有例程按照统一的工程架构设计，每个子模块都按照统一标准设计，以方便读者后续使用书中所学知识进一步开发，或将其应用于项目当中。

(5) 本书配有丰富的资料包，包含例程、软件包、教学课件、教学视频、参考资料等。这些资料会持续更新，读者可通过扫描二维码获取。

本书由张沛昌、郭文波任主编，唐浒、董磊任副主编，其中，张沛昌和郭文波共同策划编写思路，指导并参与编写，最后对全书进行了统稿。本书配套的GD32F3苹果派开发板和例程由深圳市乐育科技有限公司开发。兆易创新科技集团股份有限公司的金光一、徐杰、王霄同样为本书的编写提供了充分的技术支持。清华大学出版社编辑为本书的出版做了大量的编辑和审校工作。在此一并致以衷心的感谢！

由于编者水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者批评指正。读者反馈问题、获取相关资料或遇实验平台技术问题，可发邮件至邮箱：ExcEngineer@163.com。

编  者   

2023年5月