《STM32嵌入式單片機(jī)原理與應(yīng)用》-李正軍 教學(xué)大綱

XX大學(xué)XXXX學(xué)院《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)大綱編寫(xiě)人：XXX審定人：XXX編制時(shí)間：審定時(shí)間：一、課程基本信息：課程名稱(chēng)單片機(jī)原理與應(yīng)用英文名稱(chēng)principle

and

application

of

single

chip

microprocessor

課程編碼開(kāi)課單位課程類(lèi)別□通識(shí)教育必修課程□通識(shí)教育核心課程□通識(shí)教育選修課程□學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)課程□專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程√專(zhuān)業(yè)必修課程□專(zhuān)業(yè)選修課程課程性質(zhì)√必修□選修學(xué)分2學(xué)時(shí)36適用專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息、機(jī)電一體化、物聯(lián)網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)先修課程數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)后續(xù)課程物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能控制、人工智能課程網(wǎng)站教學(xué)團(tuán)隊(duì)XXX等課程負(fù)責(zé)人XXX二、課程描述《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)、電子信息、機(jī)電一體化、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的必修課，是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)核心課程。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)基本概念、硬件組成，軟件架構(gòu)；掌握各基本模塊功能和典型應(yīng)用方法。使學(xué)生能夠進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)硬件電路分析、設(shè)計(jì)，并應(yīng)用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，能夠完成嵌入式系統(tǒng)的組裝、調(diào)試任務(wù)。培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生專(zhuān)業(yè)綜合素質(zhì)，增強(qiáng)職業(yè)拓展能力，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，人工智能，智能制造等后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本課程既要保持與強(qiáng)調(diào)理論上的科學(xué)性與嚴(yán)密性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和分析問(wèn)題的邏輯性與條理性，又要具有分析工程技術(shù)問(wèn)題的觀點(diǎn)和方法，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際出發(fā)、在理論指導(dǎo)下靈活處理問(wèn)題的觀點(diǎn)和方法。三、教學(xué)目標(biāo)（1）能夠在理解嵌入式系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展歷史的內(nèi)涵以及外延的基礎(chǔ)上，總結(jié)和預(yù)測(cè)嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生分析和總結(jié)問(wèn)題的能力；（2）能夠在理解嵌入式系統(tǒng)組成原理的基礎(chǔ)上，掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的一般流程；（3）理解和掌握ARM體系結(jié)構(gòu)及STM32微控制器內(nèi)核架構(gòu)；（4）能夠熟練使用嵌入式主流的開(kāi)發(fā)工具，掌握工程的代碼編輯、程序編譯、仿真和調(diào)試等能力。（5）理解和掌握嵌入式微控制器STM32的硬件外設(shè)資源（GPIO、EXTI、USART、TIM、ADC等）及嵌入式操作系統(tǒng)，能夠基于STM32的外設(shè)模塊進(jìn)行外設(shè)的應(yīng)用與實(shí)踐；（6）通過(guò)項(xiàng)目案例，重點(diǎn)掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求，進(jìn)行系統(tǒng)的芯片選型，采用合適的開(kāi)發(fā)工具，針對(duì)實(shí)際項(xiàng)目需求，進(jìn)行系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中體現(xiàn)分析問(wèn)題、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、項(xiàng)目管理等能力。四、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第1章緒論（3學(xué)時(shí)）1.1微型計(jì)算機(jī)概述 1.1.1微型計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成 1.1.2微控制器與嵌入式系統(tǒng) 1.1.3微處理器常用技術(shù) 1.1.4微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 1.2ARM概述 1.2.1ARM簡(jiǎn)介 1.2.2ARM架構(gòu)的演變 1.2.3ARM體系結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 1.2.4Cortex-M3處理器的主要特性 1.2.5Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu) 1.3嵌入式系統(tǒng) 1.3.1嵌人式系統(tǒng)概述 1.3.2嵌人式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較 1.3.3嵌人式系統(tǒng)的特點(diǎn) 1.4嵌入式系統(tǒng)的軟件 1.4.1無(wú)操作系統(tǒng)的嵌入式軟件 1.4.2帶操作系統(tǒng)的嵌人式軟件 1.4.3典型嵌人式操作系統(tǒng) 1.4.4軟件架構(gòu)選擇建議 1.5嵌人式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 1.6嵌入式控制系統(tǒng)（ECS） 習(xí)題第2章STM32微控制器（3學(xué)時(shí)）2.1STM32微控制器概述 2.1.1STM32微控制器產(chǎn)品線(xiàn) 2.1.2STM32微控制器命名規(guī)則 2.2STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)架和STM32F103ZET6內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.2.1STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu) 2.2.2STM32F103ZET6的內(nèi)部架構(gòu) 2.3STM32F103ZET6的存儲(chǔ)器映像 2.3.1STM32F103ZET6內(nèi)置外設(shè)的地址范圍 2.3.2嵌入式SRAM 2.3.3嵌入式閃存 2.4STM32F103ZET6的時(shí)鐘結(jié)構(gòu) 2.5STM32F103VET6的引腳 2.6STM32F103VET6最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3章STM32微控制器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)（3學(xué)時(shí)）3.1KeilMDK5安裝配置 3.1.1Keil簡(jiǎn)介 3.1.2Keil下載 3.1.3MDK安裝 3.1.4安裝庫(kù)文件 3.2KeilMDK下新工程的創(chuàng)建 3.2.1建立文件夾 3.2.2打開(kāi)KeiluVision 3.2.3新建工程 3.3J-Link驅(qū)動(dòng)安裝 3.3.1J-Link簡(jiǎn)介 3.3.2J-Link驅(qū)動(dòng)安裝 3.4KeilMDK5調(diào)試方法 3.4.1進(jìn)入調(diào)試模式 3.4.2調(diào)試界面介紹 3.4.3變量查詢(xún)功能 3.4.4斷點(diǎn)功能 3.4.5結(jié)束調(diào)試模式 3.5J-Scope安裝 3.5.1J-Scope簡(jiǎn)介 3.5.2J-Scope安裝 3.6J-Scope調(diào)試方法 3.6.1打開(kāi)J-Scope 3.6.2J-Scope功能區(qū)介紹 3.6.3新建工程 3.6.4添加變量 3.6.5保存工程 3.6.6進(jìn)入調(diào)試模式 3.6.7停止調(diào)試 3.6.8查看存儲(chǔ)的變量 3.7Cortex-M3微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)CMSIS 3.7.1CMSIS介紹 3.7.2STM32F10x標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù) 3.8STM32F103開(kāi)發(fā)板的選擇 3.9STM32仿真器的選擇 習(xí)題第4章中斷系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)）4.1中斷的基本概念 4.1.1中斷的定義 4.1.2中斷的應(yīng)用 4.1.3中斷源與中斷屏蔽 4.1.4中斷處理過(guò)程 4.1.5中斷優(yōu)先級(jí)與中斷嵌套 4.2STM32F103中斷系統(tǒng) 4.2.1嵌套向量中斷控制器NVIC 4.2.2STM32F103中斷優(yōu)先級(jí) 4.2.3STM32F103中斷向量表 4.2.4STM32F103中斷服務(wù)函數(shù) 4.3STM32F103外部中斷／事件控制器EXTI 4.3.1EXTI內(nèi)部結(jié)構(gòu) 4.3.2EXTI工作原理 4.3.3EXTI主要特性 4.4STM32F10x的庫(kù)函數(shù) 4.2.1STM32F10x的NVIC相關(guān)庫(kù)函數(shù) 4.2.2STM32F10x的EXTI相關(guān)庫(kù)函數(shù) 4.2.3EXTI中斷線(xiàn)GPIO引腳映射庫(kù)函數(shù) 4.5外部中斷設(shè)計(jì)流程 4.5.1NVIC設(shè)置 4.5.2中斷端口配置 4.5.3中斷處理 4.6外部中斷設(shè)計(jì)實(shí)例 4.6.1外部中斷的硬件設(shè)計(jì) 4.6.2外部中斷的軟件設(shè)計(jì) 習(xí)題第5章通用輸入/輸出接口GPIO（4學(xué)時(shí)）5.1通用輸入／輸出接口概述 5.2.1輸入通道 5.2.2輸出通道 5.2GPIO的功能 5.2.1普通I/O功能 5.2.2單獨(dú)的位設(shè)置或位清除 5.2.3外部中斷/喚醒線(xiàn) 5.2.4復(fù)用功能（AF） 5.2.5軟件重新映射I/O復(fù)用功能 5.2.6GPIO鎖定機(jī)制 5.2.7輸入配置 5.2.8輸出配置 5.2.9復(fù)用功能配置 5.2.10模擬輸入配置 5.3GPIO常用庫(kù)函數(shù) 5.4GPIO使用流程 5.4.1普通GPIO配置 5.4.2IO復(fù)用功能AFIO配置 5.4.3開(kāi)關(guān)量輸入功能塊DI 5.4.4開(kāi)關(guān)量輸出功能塊DO 5.4.5PID控制算法功能塊PID 5.5GPIO輸出應(yīng)用實(shí)例 5.5.1GPIO輸出應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 5.5.2GPIO輸出應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 5.6GPIO輸入應(yīng)用實(shí)例 5.6.1GPIO輸入應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 5.6.2GPIO輸入應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 習(xí)題第6章通用定時(shí)器（4學(xué)時(shí)）6.1STM32F103定時(shí)器概述 6.2基本定時(shí)器 6.2.1基本定時(shí)器簡(jiǎn)介 6.2.2基本定時(shí)器的主要特性 6.2.3基本定時(shí)器的功能 6.2.4基本定時(shí)器寄存器 6.3通用定時(shí)器 6.3.1通用定時(shí)器簡(jiǎn)介 6.3.2通用定時(shí)器主要功能 6.3.3通用定時(shí)器功能描述 6.3.4通用定時(shí)器工作模式 6.3.5通用定時(shí)器寄存器 6.3.6通用定時(shí)器工作模式 6.4高級(jí)定時(shí)器 6.4.1高級(jí)定時(shí)器簡(jiǎn)介 6.4.2高級(jí)定時(shí)器結(jié)構(gòu) 6.5定時(shí)器庫(kù)函數(shù) 6.6定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例 6.6.1定時(shí)器應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 6.6.2定時(shí)器應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 6.7SysTick系統(tǒng)滴答定時(shí)器 6.7.1SysTick功能綜述 6.7.2SysTick配置例程 習(xí)題第7章模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器（4學(xué)時(shí)）7.1模擬量輸入通道 7.2模擬量輸入信號(hào)類(lèi)型與量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 7.2.1模擬量輸入信號(hào)類(lèi)型 7.2.2量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 7.3STM32F103VET6集成的ADC模塊 7.3.1STM32的ADC概述 7.3.2STM32的ADC模塊結(jié)構(gòu) 7.3.3STM32的ADC配置 7.3.4STM32的ADC應(yīng)用特征 7.4ADC庫(kù)函數(shù) 7.5A/D配置流程 7.6模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器應(yīng)用實(shí)例 7.6.1模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 7.6.2模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 習(xí)題第8章USART串行通信（4學(xué)時(shí)）8.1串行通信基礎(chǔ) 8.1.1串行異步通信數(shù)據(jù)格式 8.1.2連接握手 8.1.3確認(rèn) 8.1.4中斷 8.1.5輪詢(xún) 8.2USART工作原理 8.2.1USART介紹 8.2.2USART主要特性 8.2.3USART功能概述 8.2.4USART通信時(shí)序 8.2.3USART中斷 8.2.4USART相關(guān)寄存器 8.3USART庫(kù)函數(shù) 8.4USART串行通信應(yīng)用實(shí)例 8.4.1USART串行通信應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 8.4.2USART串行通信應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 8.5外部總線(xiàn) 8.5.1RS-232C串行通信接口 8.5.2RS-485串行通信接口 習(xí)題第9章SPI與I2C串行總線(xiàn)（4學(xué)時(shí)）9.1SPI通信原理 9.1.1SPI介紹 9.1.2SPI互連 9.2STM32F103的SPI工作原理 9.2.1SPI主要特征 9.2.2SPI內(nèi)部結(jié)構(gòu) 9.2.3時(shí)鐘信號(hào)的相位和極性 9.2.4數(shù)據(jù)幀格式 9.2.5配置SPI為主模式 9.3SPI庫(kù)函數(shù) 9.4SPI串行總線(xiàn)應(yīng)用實(shí)例 9.4.1SPI串行總線(xiàn)應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 9.4.2SPI串行總線(xiàn)應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 9.5I2C通信原理 9.5.1I2C串行總線(xiàn)概述 9.5.2I2C總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳送 9.6STM32F103的I2C接口 9.6.1STM32F103的I2C主要特性 9.6.2STM432F103的I2C內(nèi)部結(jié)構(gòu) 9.6.3STM32F103的I2C主要特性 9.7STM32F103的I2C庫(kù)函數(shù) 9.8I2C串行總線(xiàn)應(yīng)用實(shí)例 9.8.1I2C串行總線(xiàn)應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 9.8.2I2C串行總線(xiàn)應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 習(xí)題第10章DMA控制器（3學(xué)時(shí)）10.1DMA的結(jié)構(gòu)和主要特征 10.2DMA的功能描述 10.2.1DMA處理 10.2.2仲裁器 10.2.3DMA通道 10.2.4DMA中斷 10.3DMA庫(kù)函數(shù) 10.4DMA應(yīng)用實(shí)例 10.4.1DMA應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì) 10.4.2DMA應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 五、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，以目前的授課資源為基礎(chǔ)，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，積極采用啟發(fā)和研討式教學(xué)方法，促進(jìn)課堂的生動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和應(yīng)用的積極性，從而提高教學(xué)的質(zhì)量。課堂教學(xué)中對(duì)難點(diǎn)與重點(diǎn)內(nèi)容采用循序漸進(jìn)的方法，將基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)實(shí)際案例的分析、介紹，讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路及軟件分析和綜合設(shè)計(jì)的方法。此外，本課程的教學(xué)內(nèi)容將不斷更新，充分結(jié)合自動(dòng)化學(xué)院的科研課題，引入一些理論和應(yīng)用的最新研究成果，拓寬學(xué)生的視野，從理論知識(shí)、分析能力、應(yīng)用能力和解決問(wèn)題的能力方面不斷豐富教學(xué)內(nèi)容。六、說(shuō)明(1)本課程為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)課之一。本課程的先修課程應(yīng)當(dāng)包括：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等。(2)教學(xué)內(nèi)容要注重理論聯(lián)系實(shí)際，有針對(duì)性地把系統(tǒng)原理與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來(lái)；軟件與硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來(lái)。從理論上、技術(shù)上、工程實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行全面考慮，加強(qiáng)能力的培養(yǎng)，提高創(chuàng)新意識(shí)。(3)采用傳統(tǒng)教學(xué)方法和現(xiàn)代教學(xué)方法相結(jié)合，一方面采用課堂講授、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)三結(jié)合，另一方面適當(dāng)采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、計(jì)算機(jī)、多媒體教學(xué)CAI課件等現(xiàn)代教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)