1.課程詳情
嵌入式系統(tǒng)是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ),廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域。本課程選用ST公司的STM32F4微控制器為載體,采用STM32CubeMX開發(fā)工具及HAL驅(qū)動(dòng)庫(kù),以嵌入式硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)為主線,按照“最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) → 開發(fā)工具使用 → 片內(nèi)外設(shè)應(yīng)用” 的路徑,分層次、遞進(jìn)式的講授嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法?!?課程團(tuán)隊(duì)
2.課程概述
嵌入式系統(tǒng)是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ),是智能系統(tǒng)的核心,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子、智能家居、醫(yī)療器械和智能穿戴設(shè)備等眾多領(lǐng)域。伴隨物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的快速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)在智能系統(tǒng)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。
《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是電子信息類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程。本課程選用意法半導(dǎo)體公司的STM32F4微控制器為載體,以嵌入式硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)為主線,結(jié)合工程實(shí)踐,按照“最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) → 開發(fā)工具使用 → 片內(nèi)外設(shè)應(yīng)用 ”的路徑,分層次、遞進(jìn)式的講授嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
本課程使用了意法半導(dǎo)體公司STM32CubeMX開發(fā)工具以及HAL驅(qū)動(dòng)庫(kù)完成微控制器的設(shè)計(jì)。STM32CubeMX軟件提供簡(jiǎn)潔的圖形化界面,設(shè)計(jì)者無(wú)需編寫任何代碼,就可以完成引腳分配、時(shí)鐘設(shè)置和外設(shè)設(shè)置等初始化工作,并生成基于MDK-ARM等集成開發(fā)環(huán)境的工程框架,使設(shè)計(jì)者可以更專注于應(yīng)用層代碼的編寫。采用庫(kù)函數(shù)的編程方式可以不必了解硬件寄存器的含義,利用庫(kù)函數(shù)提供的接口函數(shù)快速實(shí)現(xiàn)功能?;趫D形化的配置方式和庫(kù)函數(shù)的編程方式使得初學(xué)者可以快速入門嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā),降低了學(xué)習(xí)的門檻。
本課程與工程實(shí)踐緊密結(jié)合,課程中融入了電路設(shè)計(jì)軟件的使用、硬件抽象層設(shè)計(jì)、狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)和通信協(xié)議設(shè)計(jì)等實(shí)用的工程技能,注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
本課程的硬件平臺(tái)選用意法半導(dǎo)體公司的官方開發(fā)板Nucleo-F411RE。該開發(fā)板采用USB接口供電,集成ST-Link仿真器,板載基本的指示燈和按鍵,并設(shè)計(jì)了Arduino UNO的接口,方便用戶接入Arduino生態(tài)圈的擴(kuò)展板。NucleoF411RE開發(fā)板價(jià)格便宜,不足百元,可以很方便地在淘寶等購(gòu)物平臺(tái)購(gòu)買。
各教學(xué)單元的內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配如下:
1、嵌入式系統(tǒng)概要:4學(xué)時(shí)
2、STM32F4微控制器電路設(shè)計(jì):4學(xué)時(shí)
3、STM32微控制器開發(fā)環(huán)境的搭建:2學(xué)時(shí)
4、STM32CubeMX軟件的使用:2學(xué)時(shí)
5、MDK-ARM開發(fā)軟件的使用:4學(xué)時(shí)
6、通用輸入/輸出接口:8學(xué)時(shí)
7、外部中斷:4學(xué)時(shí)
8、定時(shí)器:8學(xué)時(shí)
9、串口通信:8學(xué)時(shí)
3.授課目標(biāo)
通過(guò)課程的學(xué)習(xí),要求學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí);熟練掌握Cortex-M4內(nèi)核微控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及片內(nèi)外設(shè)的應(yīng)用。掌握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及軟硬件調(diào)試方法。能夠設(shè)計(jì)、調(diào)試簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng),使學(xué)生初步具備實(shí)際工作的能力。
4.課程大綱
01.嵌入式系統(tǒng)概要
掌握嵌入式系統(tǒng)的概念和組成;了解嵌入式系統(tǒng)的編程模式及程序開發(fā)方式;了解硬件抽象層設(shè)計(jì)思想。
02.STM32微控制器硬件電路設(shè)計(jì)
了解STM32微控制器的特點(diǎn);掌握Nucleo開發(fā)板的設(shè)計(jì)原理;熟練應(yīng)用電路設(shè)計(jì)軟件完成微控制器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
03.STM32微控制器開發(fā)環(huán)境的搭建
了解STM32Cube生態(tài)系統(tǒng)的組成;了解STM32CubeMX軟件的開發(fā)特點(diǎn)及開發(fā)流程;完成STM32開發(fā)環(huán)境的搭建。
04.STM32CubeMX軟件的使用
了解HAL庫(kù)的基本特點(diǎn);熟練掌握STM32CubeMX的使用流程;熟練掌握MDK軟件的程序編寫和程序下載方法。
05.MDK-ARM開發(fā)軟件的使用
熟練掌握MDK-ARM的使用流程;熟練掌握軟件的調(diào)試方式;了解MDK-ARM軟件的RTE工具。
06.通用輸入輸出接口
了解GPIO的功能和特點(diǎn);掌握基于寄存器和基于庫(kù)函數(shù)的程序開發(fā)方式;了解庫(kù)函數(shù)的設(shè)計(jì)思想;掌握硬件抽象層的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法。
07.外部中斷
掌握中斷的基本概念和作用;了解HAL庫(kù)的中斷處理流程;熟練運(yùn)用外部中斷進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。
08.定時(shí)器
了解定時(shí)器的功能和特點(diǎn);了解HAL庫(kù)的外設(shè)模塊設(shè)計(jì)方法;熟練掌握定時(shí)器的定時(shí)功能使用方法;熟練掌握定時(shí)器的PWM功能使用方法。
09.串口通信
了解通信的基本概念;了解HAL庫(kù)的外設(shè)初始化設(shè)計(jì)思想;熟練掌握輪詢方式下的串口通信編程方法;熟練掌握中斷方式下的串口通信編程方法。
5.預(yù)備知識(shí)
本課程的學(xué)習(xí)需要C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和電子線路設(shè)計(jì)等預(yù)備課程的知識(shí)。
6.參考資料
[1] (英)Joseph Yiu著。宋巖譯。 ARM Cortex-M3權(quán)威指南。 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,2009.[2] 劉火良。 STM32庫(kù)開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南(第二版)[M]。 北京: 電子工業(yè)出版社, 2018.[3] 高顯生。 STM32F0實(shí)戰(zhàn)—基于HAL庫(kù)開發(fā)[M]。 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2019.
7.常見問(wèn)題
[1]硬件平臺(tái):Nucleo-F411RE開發(fā)板,可在意法半導(dǎo)體的官方淘寶店購(gòu)買[2]STM32CubeMX軟件下載地址:http://www.st.com/stm32cubemx[3]MDK-ARM軟件下載地址:http://www.keil.com/download/product/
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