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第1部分 嵌入式系统基本原理和开发知识 2

任务1认识嵌入式系统 2

1.1学习场景：嵌入式系统有哪些应用 2

1.2学习目标 2

1.3原理学习：嵌入式系统的发展与应用 2

1.3.1嵌入式系统概述 2

1.3.2嵌入式操作系统 5

1.3.3嵌入式系统的发展与应用 7

1.4任务小结 9

1.5思考与拓展 9

任务2 ARM嵌入式开发平台 10

2.1学习场景：ARM嵌入式开发平台有哪些应用 10

2.2开发目标 11

2.3原理学习：ARM微处理器 11

2.3.1 ARM微处理器简介及其产品系列 11

2.3.2 ARM微处理器的组成及结构 13

2.3.3 STM32系列微处理器 14

2.3.4 STM32开发平台 17

2.4任务小结 21

2.5思考与拓展 21

任务3工程创建与调试 22

3.1开发场景：如何进行项目开发 22

3.2开发目标 22

3.3原理学习：软件开发环境 22

3.3.1 IAR for ARM开发环境 22

3.3.2 STM32标准函数库 24

3.3.3 IAR ARM开发环境的使用 36

3.3.4 IAR ARM程序的开发及在线调试 39

3.4任务实践 44

3.4.1开发设计 44

3.4.2功能实现 45

3.5任务小结 45

3.6思考与拓展 45

第2部分 STM32嵌入式接口开发技术 48

任务4 设备指示灯的设计与实现 48

4.1开发场景：如何控制设备指示灯 48

4.2开发目标 48

4.3原理学习：STM32的GPIO功能与应用 48

4.3.1 STM32的GPIO 48

4.3.2 STM32的GPIO寄存器 53

4.3.3常见GPIO的位操作 59

4.4任务实践：设备指示灯控制的软/硬件设计 60

4.4.1开发设计 60

4.4.2功能实现 62

4.5任务验证 65

4.6任务小结 65

4.7思考与拓展 65

任务5竞赛抢答器的设计与实现 66

5.1开发场景：如何实现抢答器 66

5.2开发目标 66

5.3原理学习：STM32微处理器的中断 67

5.3.1中断基本概念与定义 67

5.3.2 STM32中断应用概述 70

5.3.3 STM32的外部中断机制 74

5.4任务实践：抢答器的软/硬件设计 79

5.4.1开发设计 79

5.4.2功能实现 80

5.5任务验证 82

5.6任务小结 83

5.7思考与拓展 83

任务6 电子时钟的设计与实现 84

6.1开发场景：如何实现电子时钟 84

6.2开发目标 84

6.3原理学习：STM32定时/计数器 84

6.3.1定时/计数器的基本原理 84

6.3.2 STM32定时器 85

6.4任务实践：电子时钟的软/硬件设计 93

6.4.1开发设计 93

6.4.2功能实现 94

6.5任务验证 96

6.6任务小结 96

6.7思考与拓展 96

任务7汽车电压指示器的设计与实现 97

7.1开发场景：如何实现汽车电压指示器 97

7.2开发目标 97

7.3原理学习：STM32 ADC 98

7.3.1 A/D转换 98

7.3.2 STM32的A/D转换器 99

7.4任务实践：汽车电压指示器的软/硬件设计 108

7.4.1开发设计 108

7.4.2功能实现 109

7.5任务验证 111

7.6任务小结 112

7.7思考与拓展 112

任务8 环境监测点自复位的设计与实现 113

8.1开发场景：如何实现自复位设计 113

8.2开发目标 113

8.3原理学习：STM32看门狗 114

8.3.1看门狗基本原理 114

8.3.2 STM32看门狗 115

8.3.3 STM32看门狗库函数的使用 119

8.4任务实践：环境监测点自复位的软/硬件设计 121

8.4.1开发设计 121

8.4.2功能实现 123

8.5任务验证 125

8.6任务小结 125

8.7思考与拓展 125

任务9视频监控中三维控制键盘的设计与实现 126

9.1开发场景：如何实现视频监控中三维控制键盘 126

9.2开发目标 126

9.3原理学习：STM32串口 126

9.3.1串口 126

9.3.2 STM32的USART 129

9.3.3 STM32串口库函数 137

9.4任务实践：视频监控中三维控制键盘的软/硬件设计 138

9.4.1开发设计 138

9.4.2功能实现 139

9.5任务验证 142

9.6任务小结 143

9.7思考与拓展 143

任务10农业大棚环境信息采集系统的设计与实现 144

10.1开发场景：如何采集温湿度信息 144

10.2开发目标 144

10.3原理学习：STM32的12C模块和温湿度传感器 145

10.3.1 I2C总线 145

10.3.2 STM32的I2C模块 148

10.3.3 STM32的I2C库函数的使用 152

10.3.4温湿度传感器 153

10.4任务实践：农业大棚环境信息采集系统的软/硬件设计 157

10.4.1开发设计 157

10.4.2功能实现 159

10.5任务验证 166

10.6任务小结 167

10.7思考与拓展 167

任务11高速动态数据存取的设计与实现 168

11.1开发场景：如何实现高速动态数据的存取 168

11.2开发目标 168

11.3原理学习：SPI总线协议和Flash存储器 168

11.3.1 SPI总线协议 168

11.3.2 Flash存储器 178

11.4任务实践：高速动态数据存取的软/硬件设计 184

11.4.1开发设计 184

11.4.2功能实现 185

11.5任务验证 194

11.6任务小结 195

11.7思考与拓展 195

任务12 车载显示器的设计与实现 196

12.1开发场景：如何实现车载显示器 196

12.2开发目标 196

12.3原理学习：STM32的FSMC模块和LCD模块 196

12.3.1显示器 196

12.3.2 STM32的FSMC模块 198

12.3.3 STM32的FSMC模块库函数 205

12.3.4 ILI93xx系列TFT LCD 207

12.4任务实践：车载显示器的软/硬件设计 211

12.4.1开发设计 211

12.4.2功能实现 213

12.5任务验证 225

12.6任务小结 226

12.7思考与拓展 226

第3部分 基于STM32和常用传感器开发 228

任务13传感器应用技术 228

13.1学习场景：日常生活传感器的应用有哪些 228

13.2开发目标 229

13.3原理学习：传感器应用和发展趋势 229

13.3.1传感器简述 229

13.3.2传感器与物联网应用 231

13.4任务小结 236

13.5思考与拓展 236

任务14温室大棚光照度测量系统的设计与实现 237

14.1开发场景：如何实现光照度的测量 237

14.2开发目标 237

14.3原理学习：光敏传感器和I2C 238

14.3.1光敏传感器 238

14.3.2 BH1750FVI-TR型光敏传感器 240

14.3.3 I2C总线和光照传感器 242

14.4任务实践：光照度测量系统的软/硬件设计 242

14.4.1开发设计 242

14.4.2功能实现 243

14.5任务验证 250

14.6任务小结 250

14.7思考与拓展 251

任务15探空气球测海拔的设计与实现 252

15.1开发场景：如何实现气压海拔的测量 252

15.2开发目标 252

15.3原理学习：气压海拔传感器的工作原理与测量方法 253

15.3.1气压海拔传感器 253

15.3.2气压海拔传感器的工作原理 253

15.3.3气压海拔传感器的海拔计算方法 253

15.3.4 FBM320型气压海拔传感器 254

15.4任务实践：探空气球测海拔的软/硬件设计 256

15.4.1开发设计 256

15.4.2功能实现 257

15.5任务验证 263

15.6任务小结 264

15.7思考与拓展 264

任务16建筑工地扬尘监测系统的设计与实现 265

16.1开发场景：如何测量空气质量 265

16.2开发目标 266

16.3原理学习：半导体气体传感器和空气质量传感器 266

16.3.1半导体气体传感器 266

16.3.2 MP503型空气质量传感器 267

16.4任务实践：城市扬尘监测系统的软/硬件设计 268

16.4.1开发设计 268

16.4.2功能实现 270

16.5任务验证 271

16.6任务小结 272

16.7思考与拓展 272

任务17 VR设备动作捕捉系统的设计与实现 273

17.1开发场景：如何实现动作捕捉 273

17.2开发目标 273

17.3原理学习：三轴加速度传感器与测量 274

17.3.1人体运动模型 274

17.3.2三轴加速度传感器 274

17.3.3三轴加速度传感器的应用 275

17.3.4 LIS3DH型三轴加速度传感器 276

17.3.5计步算法 279

17.3.6获取传感器数据 280

17.4任务实践：VR设备动作捕捉系统的软/硬件设计 283

17.4.1开发设计 283

17.4.2功能实现 284

17.5任务验证 287

17.6任务小结 288

17.7思考与拓展 288

任务18 扫地机器人避障系统的设计与实现 289

18.1开发场景：如何应用红外距离传感器测量距离 289

18.2开发目标 289

18.3原理学习：距离传感器与测量 290

18.3.1距离传感器 290

18.3.2 Sharp红外距离传感器 291

18.4任务实践：扫地机器人避障系统的软/硬件设计 293

18.4.1开发设计 293

18.4.2功能实现 294

18.5任务验证 296

18.6任务小结 297

18.7思考与拓展 297

任务19红外自动感应门的设计与实现 298

19.1开发场景：如何实现红外自动感应门 298

19.2开发目标 298

19.3原理学习：人体红外传感器与测量 299

19.3.1人体红外传感器 299

19.3.2热释电人体红外传感器 300

19.3.3 AS312型热释电人体红外传感器 302

19.4任务实践：红外自动感应门的软/硬件设计 302

19.4.1开发设计 302

19.4.2功能实现 304

19.5任务验证 305

19.6任务小结 306

19.7思考与拓展 306

任务20燃气监测仪的设计与实现 307

20.1开发场景：如何实现燃气监测仪 307

20.2开发目标 307

20.3原理学习：气体传感器与测量 307

20.3.1气体传感器 307

20.3.2 MP-4型燃气传感器 310

20.4任务实践：燃气监测仪的软/硬件设计 310

20.4.1开发设计 310

20.4.2功能实现 311

20.5任务验证 313

20.6任务小结 313

20.7思考与拓展 314

任务21振动检测仪的设计与实现 315

21.1开发场景：如何实现振动检测仪 315

21.2开发目标 315

21.3原理学习：振动信号和振动传感器 315

21.3.1振动信号 315

21.3.2振动传感器 316

21.4任务实践：振动检测仪的软/硬件设计 318

21.4.1开发设计 318

21.4.2功能实现 319

21.5任务验证 321

21.6任务小结 321

21.7思考与拓展 321

任务22 电机转速检测系统的设计与实现 323

22.1开发场景：如何实现电机转速检测系统 323

22.2开发目标 323

22.3原理学习：霍尔传感器与测量 324

22.3.1霍尔传感器 324

22.3.2工作原理与分类 324

22.3.3 AH3144型霍尔传感器 325

22.4任务实践：电机转速检测系统的软/硬件设计 326

22.4.1开发设计 326

22.4.2功能实现 327

22.5任务验证 328

22.6任务小结 329

22.7思考与拓展 329

任务23智能家居光棚防盗系统的设计与实现 330

23.1开发场景：如何实现智能家居光栅防盗系统 330

23.2开发目标 330

23.3原理学习：光电传感器与应用 330

23.3.1光电传感器 330

23.3.2光电开关的原理 331

23.3.3光电传感器的应用 332

23.4任务实践：智能家居光栅防盗系统的软/硬件设计 333

23.4.1开发设计 333

23.4.2功能实现 335

23.5任务验证 336

23.6任务小结 337

23.7思考与拓展 337

任务24 智能建筑消防预警系统的设计与实现 338

24.1开发场景：如何实现火焰探测 338

24.2开发目标 338

24.3原理学习：光电效应和火焰传感器 338

24.3.1火焰传感器 338

24.3.2火焰传感器的分类 339

24.3.3接收管和光电效应原理 340

24.4任务实践：智能建筑消防预警系统的软/硬件设计 342

24.4.1开发设计 342

24.4.2功能实现 343

24.5任务验证 345

24.6任务小结 346

24.7思考与拓展 346

任务25洗衣机触控面板控制系统的设计与实现 347

25.1开发场景：如何实现触摸开关 347

25.2开发目标 347

25.3原理学习：触摸开关和触摸传感器 348

25.3.1触摸开关 348

25.3.2触摸屏 348

25.3.3电容式触摸开关 352

25.4任务实践：洗衣机触控面板控制系统的软/硬件设计 352

25.4.1开发设计 352

25.4.2功能实现 354

25.5任务验证 355

25.6任务小结 356

25.7思考与拓展 356

任务26微电脑时控开关的设计与实现 357

26.1开发场景：如何实现时控开关 357

26.2开发目标 357

26.3原理学习：继电器原理和应用 357

26.3.1电磁继电器原理 358

26.3.2电磁继电器的开关分类 358

26.3.3电磁继电器的组成 359

26.3.4继电器的作用 360

26.3.5本任务的继电器 360

26.4任务实践：时控开关的软/硬件设计 361

26.4.1开发设计 361

26.4.2功能实现 362

26.5任务验证 364

26.6任务小结 364

26.7思考与拓展 364

任务27工业通风设备的设计与实现 365

27.1开发场景：如何实现工业设备通风 365

27.2开发目标 365

27.3原理学习：轴流风机和应用 366

27.3.1轴流风机构成 366

27.3.2轴流风机参数 367

27.3.3轴流风机的工作原理与分类 368

27.3.4 GM0501PFB3型轴流风机 368

27.4任务实践：工业通风设备的软/硬件设计 369

27.4.1开发设计 369

27.4.2功能实现 371

27.5任务验证 372

27.6任务小结 373

27.7思考与拓展 373

任务28 工业机床控制系统的设计与实现 374

28.1开发场景：如何实现工业机床控制系统 374

28.2开发目标 374

28.3原理学习：步进电机的原理与应用 375

28.3.1步进电机基本概念 375

28.3.2步进电机的相关参数 375

28.3.3步进电机的工作原理及结构 376

28.3.4步进电机的控制方法 377

28.3.5步进电机驱动 378

28.4任务实践：工业机床控制系统的软/硬件设计 379

28.4.1开发设计 379

28.4.2功能实现 381

28.5任务验证 383

28.6任务小结 384

28.7思考与拓展 384

任务29声光报警器的设计与实现 385

29.1开发场景：如何实现声光报警器 385

29.2开发目标 385

29.3原理学习：声光报警器和RBG灯 385

29.3.1声光报警器 385

29.3.2 RGB灯原理 386

29.4任务实践：声光报警器的软/硬件设计 386

29.4.1开发设计 386

29.4.2功能实现 388

29.5任务验证 389

29.6任务小结 389

29.7思考与拓展 390

第4部分 综合应用项目开发 392

任务30图书馆照明调节系统的设计与实现 392

30.1开发场景：如何实现照明调节系统 392

30.2开发目标 392

30.3任务设计流程与需求分析 393

30.3.1设计流程 393

30.3.2项目解读 393

30.3.3项目功能分解 395

30.3.4项目技术化 395

30.4任务实践：图书馆照明调节系统的软/硬件设计 396

30.4.1开发设计 396

30.4.2项目架构 397

30.4.3功能实现 403

30.5任务验证 406

30.5.1项目测试 406

30.5.2项目验证 406

30.5.3验证效果 407

30.6任务小结 408

30.7思考与拓展 408

任务31集成燃气灶控制系统的设计与实现 409

31.1开发场景：如何实现集成燃气灶控制系统 409

31.2开发目标 409

31.3任务设计流程与需求分析 410

31.3.1设计流程 410

31.3.2项目解读 410

31.3.3项目功能分解 410

31.3.4项目技术化 411

31.4任务实践：集成燃气灶控制系统的软/硬件设计 412

31.4.1开发设计 412

31.4.2项目架构 413

31.4.3功能实现 417

31.5任务验证 420

31.5.1项目测试 420

31.5.2项目验证 421

31.5.3验证效果 421

31.6 任务小结 422

31.7思考与拓展 422

任务32 智能洗衣机控制系统的设计与实现 423

32.1开发场景：如何实现智能洗衣机控制系统 423

32.2开发目标 423

32.3任务设计流程与需求分析 423

32.3.1项目解读 424

32.3.2项目功能分析 424

32.3.3项目技术化 424

32.3.4项目设计与实现 425

32.4任务实践：智能洗衣机控制系统的软/硬件设计 426

32.4.1项目架构 426

32.4.2功能实现 430

32.5任务验证 438

32.5.1项目测试 438

32.5.2功能验证 438

32.5.3验证效果 439

32.6任务小结 440

32.7思考与拓展 440

参考文献 441