《STM32嵌入式單片機原理與應(yīng)用》-李正軍 教學大綱

XX大學XXXX學院《單片機原理與應(yīng)用》課程教學大綱編寫人：XXX審定人：XXX編制時間：審定時間：一、課程基本信息：課程名稱單片機原理與應(yīng)用英文名稱principle

and

application

of

single

chip

microprocessor

課程編碼開課單位課程類別□通識教育必修課程□通識教育核心課程□通識教育選修課程□學科基礎(chǔ)平臺課程□專業(yè)基礎(chǔ)課程√專業(yè)必修課程□專業(yè)選修課程課程性質(zhì)√必修□選修學分2學時36適用專業(yè)自動化、自動檢測、電氣工程及其自動化、電子信息、機電一體化、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)先修課程數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機原理與應(yīng)用、C語言程序設(shè)計后續(xù)課程物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能控制、人工智能課程網(wǎng)站教學團隊XXX等課程負責人XXX二、課程描述《單片機原理與應(yīng)用》是自動化、自動檢測、電子信息、機電一體化、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)專業(yè)的必修課，是一門重要的專業(yè)核心課程。通過本課程學習，使學生了解嵌入式系統(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。使學生能夠進行嵌入式系統(tǒng)硬件電路分析、設(shè)計，并應(yīng)用高級程序設(shè)計語言為嵌入式系統(tǒng)開發(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)學生分析問題和解決問題的能力，提高學生專業(yè)綜合素質(zhì)，增強職業(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)課程學習打下堅實基礎(chǔ)。本課程既要保持與強調(diào)理論上的科學性與嚴密性，培養(yǎng)學生實事求是的嚴謹細致的科學態(tài)度和分析問題的邏輯性與條理性，又要具有分析工程技術(shù)問題的觀點和方法，培養(yǎng)學生從實際出發(fā)、在理論指導下靈活處理問題的觀點和方法。三、教學目標（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)測嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學生分析和總結(jié)問題的能力；（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)計與開發(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)模塊進行外設(shè)的應(yīng)用與實踐；（6）通過項目案例，重點掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求，進行系統(tǒng)的芯片選型，采用合適的開發(fā)工具，針對實際項目需求，進行系統(tǒng)方案的總體設(shè)計、硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計，并在設(shè)計過程中體現(xiàn)分析問題、項目設(shè)計與實施、團隊協(xié)作、項目管理等能力。四、課程教學內(nèi)容及學時分配第1章緒論（3學時）1.1微型計算機概述 1.1.1微型計算機的基本構(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微型計算機的應(yīng)用 1.2ARM概述 1.2.1ARM簡介 1.2.2ARM架構(gòu)的演變 1.2.3ARM體系結(jié)構(gòu)與特點 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)和通用計算機系統(tǒng)比較 1.3.3嵌人式系統(tǒng)的特點 1.4嵌入式系統(tǒng)的軟件 1.4.1無操作系統(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） 習題第2章STM32微控制器（3學時）2.1STM32微控制器概述 2.1.1STM32微控制器產(chǎn)品線 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的時鐘結(jié)構(gòu) 2.5STM32F103VET6的引腳 2.6STM32F103VET6最小系統(tǒng)設(shè)計第3章STM32微控制器的開發(fā)平臺（3學時）3.1KeilMDK5安裝配置 3.1.1Keil簡介 3.1.2Keil下載 3.1.3MDK安裝 3.1.4安裝庫文件 3.2KeilMDK下新工程的創(chuàng)建 3.2.1建立文件夾 3.2.2打開KeiluVision 3.2.3新建工程 3.3J-Link驅(qū)動安裝 3.3.1J-Link簡介 3.3.2J-Link驅(qū)動安裝 3.4KeilMDK5調(diào)試方法 3.4.1進入調(diào)試模式 3.4.2調(diào)試界面介紹 3.4.3變量查詢功能 3.4.4斷點功能 3.4.5結(jié)束調(diào)試模式 3.5J-Scope安裝 3.5.1J-Scope簡介 3.5.2J-Scope安裝 3.6J-Scope調(diào)試方法 3.6.1打開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進入調(diào)試模式 3.6.7停止調(diào)試 3.6.8查看存儲的變量 3.7Cortex-M3微控制器軟件接口標準CMSIS 3.7.1CMSIS介紹 3.7.2STM32F10x標準外設(shè)庫 3.8STM32F103開發(fā)板的選擇 3.9STM32仿真器的選擇 習題第4章中斷系統(tǒng)（4學時）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中斷處理過程 4.1.5中斷優(yōu)先級與中斷嵌套 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 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的庫函數(shù) 4.2.1STM32F10x的NVIC相關(guān)庫函數(shù) 4.2.2STM32F10x的EXTI相關(guān)庫函數(shù) 4.2.3EXTI中斷線GPIO引腳映射庫函數(shù) 4.5外部中斷設(shè)計流程 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)計實例 4.6.1外部中斷的硬件設(shè)計 4.6.2外部中斷的軟件設(shè)計 習題第5章通用輸入/輸出接口GPIO（4學時）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單獨的位設(shè)置或位清除 5.2.3外部中斷/喚醒線 5.2.4復用功能（AF） 5.2.5軟件重新映射I/O復用功能 5.2.6GPIO鎖定機制 5.2.7輸入配置 5.2.8輸出配置 5.2.9復用功能配置 5.2.10模擬輸入配置 5.3GPIO常用庫函數(shù) 5.4GPIO使用流程 5.4.1普通GPIO配置 5.4.2IO復用功能AFIO配置 5.4.3開關(guān)量輸入功能塊DI 5.4.4開關(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)用實例 5.5.1GPIO輸出應(yīng)用的硬件設(shè)計 5.5.2GPIO輸出應(yīng)用的軟件設(shè)計 5.6GPIO輸入應(yīng)用實例 5.6.1GPIO輸入應(yīng)用的硬件設(shè)計 5.6.2GPIO輸入應(yīng)用的軟件設(shè)計 習題第6章通用定時器（4學時）6.1STM32F103定時器概述 6.2基本定時器 6.2.1基本定時器簡介 6.2.2基本定時器的主要特性 6.2.3基本定時器的功能 6.2.4基本定時器寄存器 6.3通用定時器 6.3.1通用定時器簡介 6.3.2通用定時器主要功能 6.3.3通用定時器功能描述 6.3.4通用定時器工作模式 6.3.5通用定時器寄存器 6.3.6通用定時器工作模式 6.4高級定時器 6.4.1高級定時器簡介 6.4.2高級定時器結(jié)構(gòu) 6.5定時器庫函數(shù) 6.6定時器應(yīng)用實例 6.6.1定時器應(yīng)用的硬件設(shè)計 6.6.2定時器應(yīng)用的軟件設(shè)計 6.7SysTick系統(tǒng)滴答定時器 6.7.1SysTick功能綜述 6.7.2SysTick配置例程 習題第7章模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器（4學時）7.1模擬量輸入通道 7.2模擬量輸入信號類型與量程自動轉(zhuǎn)換 7.2.1模擬量輸入信號類型 7.2.2量程自動轉(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)用實例 7.6.1模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的硬件設(shè)計 7.6.2模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的軟件設(shè)計 習題第8章USART串行通信（4學時）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 8.1.4中斷 8.1.5輪詢 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通信時序 8.2.3USART中斷 8.2.4USART相關(guān)寄存器 8.3USART庫函數(shù) 8.4USART串行通信應(yīng)用實例 8.4.1USART串行通信應(yīng)用的硬件設(shè)計 8.4.2USART串行通信應(yīng)用的軟件設(shè)計 8.5外部總線 8.5.1RS-232C串行通信接口 8.5.2RS-485串行通信接口 習題第9章SPI與I2C串行總線（4學時）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時鐘信號的相位和極性 9.2.4數(shù)據(jù)幀格式 9.2.5配置SPI為主模式 9.3SPI庫函數(shù) 9.4SPI串行總線應(yīng)用實例 9.4.1SPI串行總線應(yīng)用的硬件設(shè)計 9.4.2SPI串行總線應(yīng)用的軟件設(shè)計 9.5I2C通信原理 9.5.1I2C串行總線概述 9.5.2I2C總線的數(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庫函數(shù) 9.8I2C串行總線應(yīng)用實例 9.8.1I2C串行總線應(yīng)用的硬件設(shè)計 9.8.2I2C串行總線應(yīng)用的軟件設(shè)計 習題第10章DMA控制器（3學時）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庫函數(shù) 10.4DMA應(yīng)用實例 10.4.1DMA應(yīng)用的硬件設(shè)計 10.4.2DMA應(yīng)用的軟件設(shè)計 五、教學方法在教學方式上，以目前的授課資源為基礎(chǔ)，不斷豐富教學內(nèi)容，積極采用啟發(fā)和研討式教學方法，促進課堂的生動性，提高學生的學習的主動性和應(yīng)用的積極性，從而提高教學的質(zhì)量。課堂教學中對難點與重點內(nèi)容采用循序漸進的方法，將基礎(chǔ)理論知識和實際工程應(yīng)用相結(jié)合，通過實際案例的分析、介紹，讓學生掌握計算機控制系統(tǒng)的硬件電路及軟件分析和綜合設(shè)計的方法。此外，本課程的教學內(nèi)容將不斷更新，充分結(jié)合自動化學院的科研課題，引入一些理論和應(yīng)用的最新研究成果，拓寬學生的視野，從理論知識、分析能力、應(yīng)用能力和解決問題的能力方面不斷豐富教學內(nèi)容。六、說明(1)本課程為自動化專業(yè)的主要專業(yè)課之一。本課程的先修課程應(yīng)當包括：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機原理與應(yīng)用、C語言程序設(shè)計等。(2)教學內(nèi)容要注重理論聯(lián)系實際，有針對性地把系統(tǒng)原理與系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)合起來；軟件與硬件實現(xiàn)結(jié)合起來。從理論上、技術(shù)上、工程實現(xiàn)上進行全面考慮，加強能力的培養(yǎng)，提高創(chuàng)新意識。(3)采用傳統(tǒng)教學方法和現(xiàn)代教學方法相結(jié)合，一方面采用課堂講授、實驗、練習三結(jié)合，另一方面適當采用現(xiàn)場教學、計算機、多媒體教學CAI課件等現(xiàn)代教學手段，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)