基于STM32的嵌入式系统原理与设计第一章

基于STM32的嵌入式系统研究与应用第一章嵌入式系统简介1.1 嵌入式系统的概念和特点1.2 嵌入式系统的应用领域1.3 嵌入式系统的分类和发展趋势第二章 STM32微控制器介绍2.1 STM32的发展历程和特点2.2 STM32微控制器系列的分类和特性2.3 STM32开发平台和工具链第三章 STM32嵌入式系统设计3.1 STM32嵌入式系统设计的基本原理3.2 STM32开发环境的搭建和配置3.3 STM32外设及中断配置第四章基于STM32的嵌入式系统应用案例4.1 电子消费品类应用案例4.1.1 智能家居系统设计4.1.2 智能手环设计与应用4.2 工业自动化应用案例4.2.1 单片机在工业控制中的应用4.2.2 基于STM32的工业监控系统设计4.3 智能交通应用案例4.3.1 基于STM32的交通信号灯控制系统设计4.3.2 基于STM32的智能车辆导航系统设计第五章 STM32嵌入式系统的优化和调试技术5.1 代码和资源优化技术5.2 嵌入式系统的性能调试和测试技术5.3 嵌入式系统的功耗优化和电源管理技术第六章结论6.1 基于STM32的嵌入式系统研究的总结6.2 嵌入式系统的发展前景和挑战第一章嵌入式系统简介嵌入式系统是指通过在特定应用领域中嵌入计算机系统来完成特定任务的系统。

嵌入式系统的特点是系统实时性要求高、成本低、功耗低、体积小、资源受限等。

嵌入式系统广泛应用在电子消费品、工业自动化、智能交通等领域。

第二章 STM32微控制器介绍STM32是一系列由意法半导体（STMicroelectronics）推出的32位微控制器。

STM32微控制器具有高性能、低功耗、丰富的外设和丰富的社区支持等特点。

根据性能和功能需求的不同，STM32微控制器分为多个系列，包括STM32F1、STM32F4、STM32H7等。

STM32开发平台提供了一整套的开发工具和软件支持，方便开发者进行嵌入式系统的设计和开发。

嵌入式系统设计（基于STM32F4）课件。

1 嵌入式系统概述本章将介绍嵌入式系统的概念和基本原理。

1.1 嵌入式系统定义嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被设计成用于控制、监测或执行特定任务。

与通用计算机系统相比，嵌入式系统具有以下特点：特定目的：嵌入式系统被设计用于执行特定任务，如控制设备、采集数据等。

实时性：往往需要对外部事件做出即时响应，具有较高的实时性要求。

低功耗：嵌入式系统通常运行在限制功耗的环境中，需要通过优化设计来降低能耗。

成本效益：嵌入式系统通常在大规模生产中使用，需要具有较低的生产成本。

可靠性：嵌入式系统通常需要在长时间运行和各种环境条件下工作，需要具有高可靠性。

嵌入式系统与通用计算机系统的区别在于其设计目标和应用领域的不同。

嵌入式系统更加专注于特定任务的执行，而通用计算机系统则更加灵活并且具有更广泛的应用范围。

1.2 嵌入式系统设计流程本节将介绍嵌入式系统的设计流程，包括需求分析、系统设计、软件开发和硬件设计等阶段。

设计流程包括以下几个主要阶段：需求分析阶段（Requirements Analysis）：在这一阶段，我们要了解以及定义嵌入式系统的需求。

我们需要与客户或用户进行沟通，明确系统所需功能、性能和可靠性等方面的要求。

系统设计阶段（System Design）：在这一阶段，我们将定义嵌入式系统的整体结构和组件之间的相互关系。

我们需要考虑软件和硬件之间的接口，以及系统中各个模块之间的通信方式。

软件开发阶段（are Development）：在这一阶段，我们将实际编写嵌入式软件的代码。

根据系统设计阶段的结果，我们可以确定需要实现哪些功能，并对其进行详细设计和编码。

硬件设计阶段（Hardware Design）：在这一阶段，我们将设计嵌入式系统的硬件部分。

这包括选择合适的处理器、外围设备和电路设计等。

在整个设计流程中，需求分析和系统设计是决定嵌入式系统质量和功能的关键阶段。

嵌入式系统原理与设计第一章嵌入式处理器1. 嵌入式系统概念,组成定义:以应用为主, 以计算机技术为基础, 软硬件可裁剪, 满足系统对功能 .. 、性能、可靠性、体积和功耗.. 有严格要求的计算机... 系统。

组成:硬件:处理器、存储器、 I / O设备、传感器软件:①系统软件②应用软件2. 嵌入式处理器分类,特点;嵌入式处理器与通用处理器区别;哈佛体系结构与风诺依曼体系结构;大端存储方式与小端存储方式。

分类:① MPU 微处理器。

一块芯片,没有集成外设接口。

内部主要由运算器,控制器,寄存器组成。

② MCU 微控制器(单片机) 。

一块芯片集成整个计算机系统。

③ EDSP 数字信号处理器。

特点:运算速度快,擅长于大量重复数据处理嵌入式处理器与通用计算机处理器的区别 :①嵌入式处理器种类繁多,功能多样②嵌入式处理器能力相对较弱,功耗低③嵌入式系统提供灵活的地址空间寻址能力④嵌入式系统集成了外设接口指令的存储结构①哈佛体系结构 :指令和数据分开存储————————(嵌入式存储结构)特征:在同一机器周期内指令和数据同时传输② 冯·诺依曼体系结构 :指令和数据共用一个存储器——(通用式存数结构)数据存储结构(多字节)例题:一个十六进制数 12345678(h ) ,在存储器中使用大端方式格式为(B ) 使用小端方式格式为(A )小端方式(A )大端方式 :低地址存高位小端方式 :低地址存低位处理器决定存储方式通用计算机(代表:X86系列处理器)采用小端方式存储嵌入式计算机(代表:ARM 系列处理器)两者皆可,需设置3. ARM 指令集的命名; ARM 内核的命名(包括命名规则) ARM 指令集命名:V1~V8ARM 内核命名:ARM7, ARM920T , XSCALE (Intel ) , Strog ARM, Cortex-A15 命名规则:ARM {x }{y }{z }{T }{D }{M }{I }{E }{J }{F }{S }{x }——系列(版本){y }——当数值为“ 2”时,表示 MMU (内存管理单元) {z }——当数值为“ 0”时,表示缓存 Cache {T }——支持 16位 Thumb 指令集 {D }——支持片上 Debug (调试) {M }——内嵌硬件乘法器大端方式(B ){I }——内嵌 ICE (在线仿真器)——支持片上断点及调试点{E }——支持 DSP 指令{J }——支持 Jazzle 技术{F }——支持硬件浮点{S }——可综合版本4. JTAG 的概念及作用。

实验指导书（实验）课程名称：基于STM32的嵌入式系统设计实验实验一电路板焊接与调试-•实验简介完成实验板上部分兀件的焊接，焊接完成后进行基本测试。

实验目的及原理掌握STM32F103实验板的基本原理，掌握焊接电路板的基本技能，掌握下载测试程序的基本方法。

原理：详细内容参考教材《基于STM32的嵌入式系统原理与设计》MCU和周边电路如图为MCU及其周边电路。

图1 MCU及其周边电路1. 唤醒电路，高有效，不按时接220K 电阻下拉。

2. 复位电路，低有效。

带RC 启动复位。

3. 配置启动，用跳线选择B00T1和BOOTO 接高电平或低电平。

4. 高速晶振电路，采用8M 晶振，在STM32内部倍频为72M 。

5. AD 参考电路，采用LC 滤波，可跳线选择直接接VCC 或通过TL431稳压电路产生的参考电压。

6. 后备电池。

可通过跳线选择直接接VCC 或电池。

7. AD 输入，可选择使用RC 滤波，共8路。

&低速晶振电路，选用32. 768kHz 晶振，为产生准确的串口波特率。

USB 转串口电路USB 转串口电路可以方便没有串口的笔记本电脑用户通过USB 接口下载代码到FLASH 中，及进行RS232串行通信。

USB 转串口芯片是CP2102,该芯片稳定性较好。

当其正常工作的时候，灯LED6亮。

该 芯片DP/D+引脚连MINI USB 接口的脚3, DM/D-引脚连MINI USB 接口的脚2,为一对USB 输入输出线。

TXD 与 RXD 引脚接 MCU 的 PA10 (USART1_RX)和 PA9 (USART1_TX)。

I2C 接口电路Jusbm USB图2 USB 转串口接口电路14NCNCNCNCNCNCNCONS.LO(一XE- (一ON 二 N (INHdsfls 二N 二一二乂ON本书选择的EEPROM 是AT24C02是256字节的电可擦出PROM,通过I2C 协议与STM32 进行通信，连接十分简单。

stm32系列课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解STM32的基本结构和原理，掌握其内部硬件资源的使用方法。

2. 学会使用C语言进行STM32程序设计，掌握常用的数据类型、运算符、语法结构等。

3. 了解STM32的外设接口及功能，学会配置和使用各类外设。

技能目标：1. 能够运用所学知识，设计并实现基于STM32的小型嵌入式系统。

2. 培养学生动手实践能力，熟练使用调试工具，如仿真器、示波器等。

3. 提高学生的问题分析能力，培养解决实际问题的思维方法。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术和嵌入式系统的兴趣，激发学习热情。

2. 培养学生良好的团队合作意识，学会与他人共同解决问题。

3. 培养学生严谨的科学态度，养成独立思考、积极探索的习惯。

本课程针对高年级学生，以STM32系列微控制器为载体，结合课本知识，深入浅出地介绍嵌入式系统设计。

课程注重实践操作，要求学生在掌握基本原理的基础上，能够运用所学知识解决实际问题。

通过本课程的学习，旨在提高学生的理论水平和实践能力，培养具备创新精神和实际操作能力的优秀人才。

二、教学内容1. STM32微控制器概述：介绍STM32系列微控制器的基本特点、结构原理和应用领域。

- 教材章节：第一章 嵌入式系统概述2. STM32硬件资源：学习STM32的内部结构、外设接口及功能。

- 教材章节：第二章 STM32硬件资源3. C语言编程基础：回顾C语言的基本语法、数据类型、运算符和程序结构。

- 教材章节：第三章 C语言编程基础4. STM32程序设计：学习基于C语言的STM32程序设计方法，掌握常用的库函数和编程技巧。

- 教材章节：第四章 STM32程序设计5. 外设驱动及应用：学习各类外设（如GPIO、USART、ADC等）的配置和使用，设计实际应用案例。

- 教材章节：第五章 外设驱动及应用6. 嵌入式系统设计：结合实际项目，培养学生设计、编程、调试嵌入式系统的能力。

实验指导书（实验）课程名称：基于STM32的嵌入式系统设计实验电子科技大学教务处制表实验一 电路板焊接与调试一．实验简介完成实验板上部分元件的焊接，焊接完成后进行基本测试。

二．实验目的及原理掌握STM32F103实验板的基本原理，掌握焊接电路板的基本技能，掌握下载测试程序的基本方法。

原理：详细内容参考教材《基于STM32的嵌入式系统原理与设计》 MCU 和周边电路如图为MCU 及其周边电路。

图1 MCU 及其周边电路3.启动配置2.复位电路1.唤醒电路4.高速晶振电路7.AD 输入8.低速晶振电路5.AD 参考 电路6.后备电池1.唤醒电路，高有效，不按时接220K电阻下拉。

2.复位电路，低有效。

带RC启动复位。

3.配置启动，用跳线选择BOOT1和BOOT0接高电平或低电平。

4.高速晶振电路，采用8M晶振，在STM32内部倍频为72M。

5.AD参考电路，采用LC滤波，可跳线选择直接接VCC或通过TL431稳压电路产生的参考电压。

6.后备电池。

可通过跳线选择直接接VCC或电池。

7.AD输入，可选择使用RC滤波，共8路。

8.低速晶振电路，选用32.768kHz晶振，为产生准确的串口波特率。

USB转串口电路USB转串口电路可以方便没有串口的笔记本电脑用户通过USB接口下载代码到FLASH 中，及进行RS232串行通信。

图2 USB转串口接口电路USB转串口芯片是CP2102,该芯片稳定性较好。

当其正常工作的时候，灯LED6亮。

该芯片DP/D+引脚连MINI USB接口的脚3，DM/D-引脚连MINI USB接口的脚2，为一对USB 输入输出线。

TXD与RXD引脚接MCU的PA10(USART1_RX)和PA9(USART1_TX)。

I2C接口电路本书选择的EEPROM是AT24C02是256字节的电可擦出PROM，通过I2C协议与STM32进行通信，连接十分简单。

EEPROM虽然容量只有256字节，但是读写比较方便，与MCU 连线少，被广泛的使用在智能仪器、汽车电子、工业控制、家用电器等场合。

XXXX学院XX级嵌入式系统设计实验报告班级：指导老师：学期：小组成员：实验一我的第一个工程实验一．实验简介我的第一个工程，流水灯实验二．实验目的掌握STM32开发环境，掌握从无到有的构建工程。

三．实验内容熟悉MDK KEIL开发环境，构建基于固件库的工程，编写代码实现流水灯工程。

通过ISP下载代码到实验板，查看运行结果。

使用JLINK下载代码到目标板，查看运行结果，使用JLINK在线调试。

四．实验设备硬件部分：PC计算机（宿主机）、亮点STM32实验板、JLINK。

软件部分：PC机WINDOWS系统、MDK KEIL软件、ISP软件。

五．实验步骤1.熟悉MDK KEIL开发环境2.熟悉串口编程软件ISP3.查看固件库结构和文件4.建立工程目录，复制库文件5.建立和配置工程6.编写代码7.编译代码8.使用ISP下载到实验板9.测试运行结果10.使用JLINK下载到实验板11.单步调试12.记录实验过程，撰写实验报告六．实验结果及测试七．实验总结实验二带按键控制的流水灯实验一．实验简介在实验一的基础上，使用按键控制流水灯速度，及使用按键控制流水灯流水方向。

二．实验目的熟练使用库函数操作GPIO,掌握中断配置和中断服务程序编写方法，掌握通过全局变量在中断服务程序和主程序间通信的方法。

三．实验内容实现初始化GPIO，并配置中断，在中断服务程序中通过修改全局变量，达到控制流水灯速度及方向。

使用JLINK下载代码到目标板，查看运行结果，使用JLINK在线调试。

四．实验设备硬件部分：PC计算机（宿主机）、亮点STM32实验板、JLINK、示波器。

软件部分：PC机WINDOWS系统、MDK KEIL软件、ISP软件。

五．实验步骤1在实验1代码的基础上，编写中断初始化代码2在主程序中声明全局变量，用于和中断服务程序通信，编写完成主程序3编写中断服务程序4编译代码，使用JLINK下载到实验板5.单步调试6记录实验过程，撰写实验报告六．实验结果及测试七．实验总结实验三串口发送和接收实验一．实验简介编写代码实现串口发送和接收，将通过串口发送来的数据回送回去。