基于STM32的嵌入式系统原理与设计第一章
嵌入式系统原理及应用—基于STM32和RT-Thread 第1章 嵌入式系统概述
5
1.1.2 嵌入式系统发展
1. 嵌入式系统发展历史
嵌入式系统基本 概念
嵌入式系统从无操作系统、简单操作系统、实时操作系统，发展到面向
嵌入式系统硬件 Internet阶段。
（1）无操作系统：使用8位的CPU芯片来执行一些单线程的程序，系统结构和功能相对 嵌入式系统软件 单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接系统硬件 嵌入式系统软件
“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置” (devices used to contro1，monitor，or assist the operation of equipment， machinery or plants)
本章总结
国内定义：
课后作业
以计算机技术为基础，以应用为中心，软件硬件可剪裁，适合应用系统对功 能可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专业计算机系统。
本章总结
课后作业
11
嵌入式系统基本 概念
嵌入式系统硬件
嵌入式系统软件
本章总结
课后作业
1.1.3 嵌入式系统应用
嵌入式
学以致用，科技报国
12
嵌入式系统基本 概念
嵌入式系统硬件
嵌入式系统软件
本章总结
课后作业
1.1.4 嵌入式系统架构
13
本节小结
嵌入式系统基本 概念
嵌入式系统硬件
嵌入式系统软件
本章总结
5. 环境工程
嵌入式系统基本 概念
嵌入式系统在环境工程中的应用也很广泛，如水文资源实时监测、防洪体系及水土质量
检测、堤坝安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监测。
嵌入式系统硬件
6. 机器人
嵌入式系统软件
STM32嵌入式系统原理-绪论
1/2/4x USART/LIN
Smartcard / IrDa Modem Control
0/1x SPI 1/2x I2C
Temp Sensor
**只有在Flash大于256KB（包含）的芯片上才包括DAC, EMI (144 pins), I2S, SDIO,图象传感器
Flash Size (bytes)
32kB-512kB Flash Memory 6kB-48kB SRAM 20B Backup Regs External Memory Interface**
Power Supply
Reg 1.8V
POR/PDR/PVD XTAL oscillators
32KHz + 4~16MHz
•出色的时钟安全模式
封装
电压范围2.0到3.6V I/O电压容限为5V
什么是STM32?
新的基于ARM内核的32位MCU系列 内核为ARM公司为要求高性能、低成本、低功
耗的嵌入式应用专门设计
的Cortex-M3内核
标准的ARM架构 超前的体系结构 高性能 低电压 低功耗 创新的内核以及外设 简单易用/自由/低风险
3 to 11* Channels
ARM Lite Hi-Speed Bus Matrix / Arbiter (max 72MHz)
•2V-3.6V 供电电压
72 MHz
CPU
Flash I/F
32kB-512kB Flash Memory 6kB-64kB SRAM 20B Backup Regs External Memory Interface** Image Sensor** Clock Control
基于STM32的嵌入式系统研究与应用
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。
单片机原理与嵌入式系统设计[张齐]PPT第1章
![单片机原理与嵌入式系统设计[张齐]PPT第1章](https://img.taocdn.com/s3/m/64fdef1a52d380eb62946da5.png)
可装卸性 强实时性 统一的接口 操作方便、简单 提供强大的网络功能 强稳定性，弱交互性 固化代码： 更好的硬件适应性
1.4 嵌入式操作系统
基本概念
——实时操作系统（RTOS）
实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执 行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的 各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括 存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处 理等工作。在RTOS支持的系统中， 每个任务均有一个 优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各 个任务，保证对实时性的要求。
ROM
RAM
外设1
CPU 外设2
单板计算机
嵌入式微控制器
嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系 统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理 器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线 逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输 出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。 为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍 复位 看门狗 晶振 生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是 部件 部件 部件 存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地 和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。 定时器 I/O CPU核 部件 部件 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单 片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 中断 SRAM ROM 微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外 部件 部件 部件 设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代 表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目 众多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。
嵌入式控制系统原理及设计课件1-2 嵌入式控制系统
微处理器的控制量更新是离散的。
开始 读取 输入信 号
读取 被控量 计算 误差 控制 算法
控制 量输出 返回
嵌入式控制系统原理及设计
1.2.2 嵌入式控制系统的工作原理
嵌入式控制系统原理及设计
1.2.1 嵌入式控制系统的概念
为理解嵌入式计算机如何应用于自动控制系统，首先回顾连续控制系统组成。
图1.11中除了被控对象以外，系统部件均由模拟、数字等独立元件或集成器 件构成，包括各种门电路、运算放大器、功率放大器等有源器件和电阻、电 容、电感等无源器件。
比较元件 参考输入
校正元件
放大元件
执行元件
被控对象
被控量
检测元件
嵌入式控制系统原理及设计
1.2.1 嵌入式控制系统的概念
（1）测量元件，其功能是检测被控量的物理量，如果这个物理量是非电量，则将 其装换成电量。 （2）比较元件，其功能是把测量元件检测的被控量实际值与参数输入进行比较， 求出它们之间的偏差。 （3）校正元件，它是结构或参数便于调整的元部件，对比较元件输出的偏差信号 进行某种变换或运算，产生控制量，用于改善系统的性能。 （4）放大元件，其功能是将校正元件给出的信号进行放大，以推动执行元件去改 变控制对象的被控量。
嵌入式控制系统原理及设计
1.2.3 嵌入式控制系统的优势
2.能够有效地克服随机扰动，及器件老化等因素导致的参数漂移。 实际的控制系统运行过程中，扰动因素很多，且多数扰动是难以预知的，模 拟器件组成的控制器一旦投入运行，其参数很难实现随着环境动态调整。嵌 入式计算机参与控制以后，可根据实时检测到的数据，用数值滤波、预估算 法提高信号的信噪比、估计过程动态，进而实施控制，保证在扰动存在时仍 能具有满意的控制效果。
STM32嵌入式系统原理-绪论
硬件选型与设计
选择STM32系列
根据系统需求和性能指标，选择合适的STM32系列芯片。
设计硬件电路
根据芯片规格书和系统需求，设计外围电路，包括电源、时钟、存 储、通信等模块。
制作硬件板
将设计好的电路制作成硬件板，进行焊接和调试。
软件编程与调试
工业自动化控制
• 工业自动化控制：STM32嵌入式系统广泛应用于工业自动化领域，如机器人 控制、自动化生产线监控、智能仪表等。通过STM32的稳定性和高效性，可 以实现精确的控制和实时的数据采集，提高生产效率和产品质量。
• 机器人控制：利用STM32控制机器人的运动轨迹和姿态，实现精确的定位和 操作，提高机器人作业的准确性和效率。
嵌入式系统在医疗设备领域中主要用于实 现医疗设备的智能化控制和管理，如医疗 监护仪、医用分析仪等。
02
STM32硬件架构
核心处理器
ARM Cortex-M内核
STM32微控制器基于ARM Cortex-M系列的MCU内核，具有高性能、低功耗 和易于编程的特点。
内核性能
ARM Cortex-M系列内核具有较高的指令执行速度和低功耗性能，能够满足各 种复杂的应用需求。
STM32CubeIDE
03
STMicroelectronics官方提供的集成开发环境。
编程语言与开发框架
01 C语言：嵌入式系统开发中最常用的编程语言 。
02 C语言：虽然不如C语言常用，但在某些项目 中也被使用。
03
ARM Cortex-M系列微控制器的HAL库和LL 库：STM32微控制器使用的标准库。
存储器
Flash存储器
用于存储程序代码和数据，具有非易 失性，能够在断电后保存数据。
嵌入式系统原理与设计 教学课件(共82张PPT)
杂，如：16位、32位CPU或特殊功能的微处理器、 特定功能的集成芯片、FPGA或CPLD等，其软
件设计的复杂性成倍增长。因此研究嵌入式系统的
设计原理及技术，提供系统的设计方法和开发工具是 嵌入式计算学科的关键技术。
嵌入式微处理器分类
嵌入式处理器
嵌入式微控制器 （MCU）
嵌入式DSP处理器 (DSP)
嵌入式微处理器 (MPU)
嵌入式片上系统 (System On Chip)
1、嵌入式微控制器(MCU）
• 嵌入式微控制器的典型代表是单片机这 种８位的电子器件目前在嵌入式设备中 仍然有着极其广泛的应用。
• 单片机芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、 看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等 各种必要功能和外设。
要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提 高执行速度。
以微处理器为核心
• 我们设计一个数字系统可以有很多种方法，如：定制
逻辑、现场可编程门阵列（FPGA）等，那么为什 么在设计嵌入式系统时要以微处理器为核心呢？ 这主要有两种原因：
• （1）用微处理器是实现数字系统一种十分便捷、有 效的方法；
嵌入式系统的特征
• 可接5种GPS接收器； 嵌入式系统是以微处理器为核心的，嵌 入在其他设备中的专用计算机系统。它 5个按键需要和屏幕菜单显示组合起来完成这些功能。
在移动地图这个例子中，电能消耗特别重要，设计时应尽量减少存储器读/写，因为存储器访问是主要的功耗来源，存储器的访问必须精心安排 ，以避免多次读取相同的数据。
嵌入式系统设计(STM32)第1讲
水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中 嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准 确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现 了嵌入式系统的优势。 （5）POS网络及电子商务
ARM处理器系列
2.2 Cortex-M3内核
Cortex-M3系列微处理器的主要特点如下： （1）Thumb-2 指令集架构（ISA, Instruction Set Architecture）。 （2）哈佛处理器架构，在加载/存储数据的同时能够执行指令取指。 （3）三级流水线。 （4）32 位单周期乘法。 （5）具备硬件除法。 （6）Thumb状态和调试状态。 （7）处理模式和线程模式。 （8）ISR（Interrupt Service Routine）的低延迟进入和退出。 （9）可中断-可继续的LDM/STM（批量传输数据的指令 ），PUSH/POP。 （10）ARMv6类型BE8/LE支持。
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心， 以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专 用计算机系统。
一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处 理器、存储器、输入输出（I/O）和软件。
1.2 嵌入式系统的特点
嵌入式系统的几个重要特征：
1.2 嵌入式系统的特点
（3）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明
显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于 控制系统成本，同时也利于实现系统安全。
（4）高实时性。高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基
基于STM32的嵌入式系统原理与设计第1章
1.13 同步异步收发器USART
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
• 当扩展存储器的时候，FSMC可以将外部存 储器划分为256MB的连续的4个存储块，如 1.28所示。
1.14 灵活的FSMC 1.14.2 FSMC控制液晶控制器
• FSMC对外部设备的地址映像从0x6000 0000开始， 到0x9FFF FFFF结束，一共4个地址块，每个地址块 256MB，每个地址块又分成4个64MB的分地址块。
• 选择NOR这个块连接TFT控制器，采用8080接口(接 口详细信息见液晶驱动板设计部分)。8080接口需 16跟数据线，可以用FSMC_D[15..0]做数据线。
P36代码1-10. 4. SysTic定时器编程（库函数级别）。
P36代码1-11. 库函数实现原理 P36代码1-12
1.11 定时器 1.11.2 STM32常规定时器
STM32的常规定时器分为三类，包括 1.高级控制定时器TIM1和TIM8 2.通用定时器TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 3.基本定时器TIM6、TIM7 三种定时器功能 P39表1-16
• V的含义为100pins,即100个管脚。 • E表示512KB的FLASH。 • T表示LQFP封装。 • 6 表示-40到85度的温度范围。
1.1 STM32性能和结构 1.1.2 系统结构分析
1.1 STM32性能和结构 1.1.2 系统结构分析
(1)Cortex-M3 CPU所在之处，是司令部是大脑。 (2)总线矩阵 (3)FLASH通过FLASH接口连接CPU。 (4)静态存储器SRAM通过总线矩阵连接CPU。 (5)复位和时钟控制RCC。
基于ST32的嵌入式系统原理与设计实验课课件
实验六 SPI FLASH实验
一．实验简介 编程实现对SPI接口的W25Q64进行读写操作。 二．实验目的 熟练掌握SPI编程，学会对的W25Q64读写操作。 三．实验内容 1. 编写SPI驱动程序 2. 初始化SPI接口 3. 读取SPIFLASH的ID，如果正确继续，否则报错 4. 向SPIFALSH地址0x12AB00开始写一串字符，再读出比较判断是否与写
建立连接，向实验板发送数据和查看结果。 5记录实验过程，撰写实验报告
实验十 DAC和ADC实验
一．实验简介 通过DAC将STM32系统的数字量转换为模拟量。使用ADC将模拟量转换为数
字量。 二．实验目的 掌握DAC和ADC编程。 三．实验内容 1.编写代码实现简单的DAC单次发送 3.编写代码实现ADC采集DAC发送的数据，并发送到串口
实验十一 液晶显示实验
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编写FSMC初始化程序和RA8875初始化程序 2. 编写出程序实现液晶屏英文、字符、波形显示。 3. 编写按键中断服务程序，控制液晶背光亮度调节。 5编译代码，使用JLINK或ISP下载到实验板，观察液晶显示。使用按键控
制液晶亮度。 5记录实验过程，撰写实验报告
实验十二 液晶屏触摸实验
一．实验简介 掌握触摸屏编程，获得触摸信息，进行屏幕校准及在触摸点绘制不同颜
色的椭圆。 二．实验目的 进一步掌握FSMC接口编程，进一步掌握通过RA8875控制液晶屏英文、字
符、波形显示，掌握通过对RA8875编程获得触摸信息。 三．实验内容 1. 在液晶显示实验基础上，编程实现触摸点获取。 2. 编写屏幕校准函数，实现屏幕校准. 3. 实现在触摸点绘制随机颜色的椭圆。
嵌入式系统设计(基于STM32F4) 课件。1 嵌入式系统概述
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
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。
实验指导书基于STM32的嵌入式系统原理与设计.docx
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
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。
基于STM32的嵌入式系统设计实验_实验指导书
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。
基于STM32的嵌入式系统原理与设计实验报告
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。
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1.11 定时器 1.11.2 STM32常规定时器
STM32的常规定时器分为三类，包括 1.高级控制定时器TIM1和TIM8 2.通用定时器TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 3.基本定时器TIM6、TIM7 三种定时器功能 P39表1-16
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.1 SPI
1.10 直接存储器存取DMA
• 直接存储器存取(DMA)用来提供在外设和存 储器之间或者存储器和存储器之间的高速 的无需CPU干预的数据传输。
1.10 DMA 1.10.1 DMA解析
1.图1-17DMA框图解析 2.从内存到外设或从外设到内存的DMA传输。 3.传输申请和仲裁。
1.10 DMA 1.10.2 DMA通道和请求
1.1 STM32性能和结构 1.1.1总体性能
以高密度的STM32F103VET6为例，能适合一般项目的 需要，价格在30元以下，避免由于FLASH和RAM太小 造成的瓶颈。 VET6的含义为： • V的含义为100pins,即100个管脚。 • E表示512KB的FLASH。 • T表示LQFP封装。 • 6 表示-40到85度的温度范围。
1.14 灵活的FSMC 1.14.2 FSMC控制液晶控制器
• FSMC对外部设备的地址映像从0x6000 0000开始， 到0x9FFF FFFF结束，一共4个地址块，每个地址块 256MB，每个地址块又分成4个64MB的分地址块。 • 选择NOR这个块连接TFT控制器，采用8080接口(接 口详细信息见液晶驱动板设计部分)。8080接口需 16跟数据线，可以用FSMC_D[15..0]做数据线。 • 写信号是FSMC_NWE,读信号是FSMC_NOE。 • 地址信号的设置 • 液晶控制器RS信号的设置
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基于STM32的嵌入式 系统原理与设计
第一章 STM32基本原理
主讲教师: EMAL: 博客：/u/2630123921 交流论坛：/bp 开发板和教程：
1.1 STM32性能和结构 1.1.2 系统结构分析
1.1 STM32性能和结构 1.1.2 系统结构分析 (1)Cortex-M3 CPU所在之处，是司令部是大脑。 (2)总线矩阵
(3)FLASH通过FLASH接口连接CPU。
(4)静态存储器SRAM通过总线矩阵连接CPU。 (5)复位和时钟控制RCC。 (6)低速APB1外设。 (7)低速APB2外设。
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.1 SPI
SPI框图分析
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.1 SPI
SPI波形图
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.2 I2C
1. I2C 总线是一个多主机的总线。这就是说可以连接 多于一个能控制总线的器件到总线。主机通常是 微控制器，例如STM32。考虑数据在两个连接到 I2C 总线的微控制器及三个I2C外设之间传输的情况 如图P43页1-22：
1.2 Cortex M3处理器 1.2.2 Cortex-M3处理器结构
1.2 Cortex M3处理器 1.2.2 Cortex-M3处理器结构
1.2 Cortex M3处理器 1.2.3 Cortex-M3寄存器
1.2 Cortex M3处理器 1.2.3 Cortex-M3寄存器
1.2 Cortex M3处理器 1.2.3 Cortex-M3寄存器
1.13 同步异步收发器USART
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
1.14 灵活的FSMC 1.14.1 FSMC概述
• 当扩展存储器的时候，FSMC可以将外部存 储器划分为256MB的连续的4个存储块，如 1.28所示。
1.7.1常规输入输出GPIO
GPIO端口的模式模式是输入浮空，为什 么这样设计？
1.7输入输出端口GPIO 1.7.2 GPIO复用
可以将具有复用功能的引脚的功能进 行重新配置，例如配置一些管脚为ADC的管 脚，这些管脚就不能再作为GPIO使用。这 个过程叫做复用重映射。 8个ADC通过的选择过程P21-22。 问题：根据P21表1-7，如果需要选择一 个引脚做ADC输入引脚，可以选择哪个引脚 呢？为什么？
1.6复位和时钟控制RCC
时钟树图解了各个设备时钟的来源。 参考P19页图1-11 STM32时钟树。 问题：STM32定时器1是APB2外设，请 从晶振开始，分析器定时器1时钟的来源。 那么定时器2呢？
1.7输入输出端口GPIO 1.7.1常规输入输出GPIO
GPIO是可编程输入/输出端口
1.7输入输出端口GPIO
(8)可变静态存储控制器FSMC。
(9)DMA通道。
1.1 STM32性能和结构 1.1.3 芯片封装和管脚概述
1.2 Cortex M3处理器 1.2.1 Cortex-M3的定位和应用
从图1.2.1可见，嵌入式处理器核CortexM3，容 量(Capability)和执行功能(Performance Functionality)都居中，但其性价比是当今最好的 品种之一，也是现在最流行的品种之一。
特殊功能寄存器
1.2 Cortex M3处理器 1.2.3 Cortex-M3寄存器
1.2 Cortex M3处理器 1.2.4 堆栈
1.2 Cortex M3处理器 1.2.4 堆栈
1.3 STM32存储地址映射
存储地址映射P12 图1-7
1.3 STM32存储地址映射
1.3 STM32存储地址映射
代码分析，P13代码1-2 到1-6 说明如何访问串口寄存器来实现发送数据到串口
1.4 引脚功能描述
引脚功能来源于数据手册，注意复用功能
1.6复位和时钟控制RCC
1.6.1 复位
复位分三种形式，电源复位、系统复位和备份区域复位。
1.6复位和时钟控制RCC
1.6.2时钟源
通常，STM32主频在72M,而外时钟选择8M，因此必须通过倍频获得。
1.9中断 1.9.1 STM32的中断通道和中断向量处理
1.STM32中断通道。 表1-8中的中断通道分析 2.启动代码设置中断向量表 代码1-7分析 3.复位中断的处理 代码1-8分析
1.9中断 1.9.2 STM32外部中断
STM32外部中断的来源。 分析P29图1-16,说明全部中断输入线的来源。
是否可以用PA0和PB0同时作为外部中断？ 是否可以用PA0和PB1同时作为外部中断？ 为什么？
1.9中断 1.9.3 STM32中断优先级分组
优先级越高，数值越低！ 抢占优先级相同的任务，响应优先级高的先响应，但不能互相抢占；抢 占优先级不同的，可以抢占低优先级的CPU。 分析P30串口串口和按键中断的例子，假设将优先级互换会产生什么样的 结果呢？
1.8模数转换器和数模转换器 1.8.1模-数转换器
1.模数转换器框图分析 P23 图1-13。 2.常规通道和注入通道。 3.参考源。
1.8模数转换器和数模转换器 1.8.2数-模转换器
1. 数模转换器框图分析 P24 图1-15。 2.参考源。 3.信号发生器功能。
1.9中断
• • • • • 中断处理的优越性 现实生活中的中断的例子 中断嵌套，现实生活中的中断嵌套 STM32的先占优先级和从优先级 嵌入式操作系统与中断的关系
作业
• P48 1,3,5,7,8
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亮点嵌入式
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.2 I2C
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.2 I2C
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.2 I2C
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.2 I2C
1.13同步异步收发器USART
1.13 同步异步收发器USART
要点
STM32性能和结构 CortexM3处理器 引脚、电源和时钟树
输入输出端口GPIO
模数和数模转换 中断 DMA
定时器
同步和异步串行接口 灵活的FSMC
第一章 STM32基本原理
–学习STM32需要从原理入手，为硬件、软件、操作系统、 工程实践学习打下一个良好的基础。 –本章的第一部分是STM32的性能和结构，然后是对 Cortex M3处理器的分析，之后是地址映射、引脚功能 描述、电源连接、复位和时钟控制RCC、输入输出端口 GPIO、ADC和DAC、中断、DMA、定时器、同步串行通信 SPI和I2C、同步异步串行通信USART，最后是灵活的存 储器控制FSMC。 –通过本章的学习，既可以掌握STM32的全貌，也可以学 习到重要的关于Cortex M3处理器内核和STM32器件的 细节信息
串行外设接口SPI(Serial Peripheral Interface)是一种同 步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备 以串行方式进行通信、交换信息。 常SPI通过4个引脚与外部器件相连：
1.12 同步串行口SPI和I2C 1.12.1 SPI
SPI时钟周期 在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作： • 1) 主机通过MOSI线发送1位数据，从机通过该线读 取这1位数据； • 2) 从机通过MISO线发送1位数据，主机通过该线读 取这1位数据。 • 这个SPI时钟周期，就是SCK信号的时钟周期。因此， 该时钟的频率决定了SPI的传输速率。 SPI主从模式 SPI接口支持多从机模式，如图1-19.
1.DMA通道分配 P32表1-10和表1-11 2.仲裁机制的作用和功能。 3.通道号和优先级。 P33图1-18.
1.11 定时器 1.11.1 系统滴答定时器SysTick
1.SysTic定时器的位置和功能 2. SysTic定时器的4个寄存器 表1-12 表1-15 3. SysTic定时器编程（寄存器级别）。 P36代码1-10. 4. SysTic定时器编程（库函数级别）。 P36代码1-11. 库函数实现原理 P36代码1-12