嵌入式技术应用开发实战

　　本书为教育部职业院校技能大赛“嵌入式技术应用开发”赛项转换成果，由国内高职院校职业技能大赛与大学生电子设计大赛优秀指导教师和企业技术骨干共同编写。 全书分为上、下两篇，以嵌入式智能小车与移动机器人为教学载体，通过若干开发案例，将嵌入式智能硬件平台控制、检测与通信所需要的知识与技能融入教材内容。上篇以STM32F4为主线介绍嵌入式技术应用开发的相关知识，下篇介绍国赛“嵌入式技术应用开发”赛项所涉及的相关技术与技能。本书所涉及的智能小车平台的软硬件资源可通过百度网盘（链接：https：//pan.baidu.com/s/1l_49HVd3SZz96ye- xF4ChQ；提取码：gch0）。 本书可作为高职院校、应用型本科电子信息大类相关专业的教学用书，也可作为教育部职业院校技能大赛“嵌入式技术应用开发”赛项的培训用书。

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上篇  嵌入式技术应用开发基础
 
第1章  ARM嵌入式系统概述 3
1.1  嵌入式系统简介 3
1.1.1  嵌入式系统定义及特征 3
1.1.2  嵌入式系统发展 4
1.1.3  嵌入式系统应用 4
1.2  ARM处理器 5
1.2.1  ARM处理器分类 5
1.2.2  ARM Cortex-M系列处理器 5
1.3  STM32系列微控制器 6
1.3.1  STM32微控制器选型 6
1.3.2  STM32处理器开发工具 7
1.4  嵌入式系统典型应用案例 10
1.4.1  嵌入式智能车 10
1.4.2  移动机器人 19
1.4.3  智能小车软件资源 23
任务1  智能小车演示 25
思考与练习 25
第2章  STM32固件库函数开发入门 26
2.1  STM32固件库简介 26
2.1.1  CMSIS标准与固件库关系 26
2.1.2  STM32固件库文件间的关系 28
2.2  MDK5软件安装与使用 29
2.2.1  MDK5安装步骤 30
2.2.2  新建MDK5工程及配置 32
2.2.3  编译及下载程序 40
2.3  STM32F4总线和存储器架构 42
2.3.1  总线架构 42
2.3.2  存储器架构 44
2.4  STM32F4时钟系统 47
2.4.1  STM32F4时钟树与时钟源 47
2.4.2  STM32F4系统时钟初始化 50
2.5  STM32F4的GPIO 52
2.5.1  GPIO的工作模式 53
2.5.2  GPIO的库函数分析 53
2.5.3  STM32F4的GPIO的开发步骤 56
任务2  蜂鸣器报警 57
思考与练习 60
第3章  STM32F4的外部中断 61
3.1  STM32F4的中断系统 61
3.1.1  STM32F4的中断 61
3.1.2  STM32F4的中断优先级 65
3.2  STM32F4微控制器的外部中断 65
3.2.1  EXTI外部中断源 65
3.2.2  外部中断编程所涉及的标准
外设库函数 67
任务3  外部中断按键输入 67
思考与练习 71
第4章  STM32F4的串口通信与
?DMA 72
4.1  串口通信基础 72
4.1.1  异步串行通信协议 72
4.1.2  波特率 73
4.1.3  通信校验 73
4.1.4  串口通信软件模拟FIFO 75
4.2  STM32F4串口概述 77
4.2.1  STM32F4的USART特性 77
4.2.2  STM32F4的USART内部结构 78
4.3  STM32F4串口库函数分析 79
4.3.1  初始化及配置函数 79
4.3.2  数据传输函数 80
4.4  printf()重定向 81
4.5  STM32F4的串口通信开发步骤 82
任务4  串口数据发送与接收 82
4.6  STM32F4串口通信DMA的应用 88
4.6.1  STM32F4的DMA结构与
工作过程 88
4.6.2  STM32F4的DMA请求通道选择 89
4.7  STM32F4的DMA库函数分析 91
4.8  STM32F4的DMA开发步骤 93
任务5  DMA数据传输 93
思考与练习 98
第5章  STM32F4的定时器与PWM 99
5.1  STM32F4的定时器 99
5.2  STM32F4的定时器工作原理 100
5.2.1  通用定时器功能 100
5.2.2  通用定时器组成 100
5.2.3  通用定时器的计数模式 101
5.3  STM32F4的定时器库函数分析 102
5.4  STM32F4的定时器开发步骤 104
任务6  控制LED交替闪烁 105
5.5  STM32F4的PWM应用 110
5.6  STM32F4的PWM库函数分析 111
5.7  STM32F4的PWM开发步骤 112
任务7  实现呼吸灯 112
思考与练习 115
第6章  STM32F4的ADC与DAC 116
6.1  STM32F4的ADC工作原理 116
6.1.1  STM32F4的ADC主要特性 116
6.1.2  STM32F4的ADC结构 117
6.1.3  STM32F4的ADC功能 117
6.2  STM32F4的ADC库函数分析 119
6.2.1  通用配置初始化函数 119
6.2.2  ADC参数初始化函数 120
6.2.3  读取ADC值 121
6.3  STM32F4的ADC开发步骤 122
任务8  测量电池电量 124
6.4  STM32F4的DAC工作原理 130
6.4.1  STM32F4的DAC主要特性 130
6.4.2  STM32F4的DAC内部结构 131
6.4.3  STM32F4的DAC工作过程 131
6.5  STM32F4的DAC库函数分析 133
6.5.1  DAC初始化函数 133
6.5.2  DAC使能禁止函数 134
6.5.3  设置DAC值 136
6.6  STM32F4的DAC开发步骤 137
任务9  输出三角波 139
思考与练习 141
第7章  STM32F4的总线 142
7.1  STM32F4的SPI总线 142
7.1.1  串行外设接口(SPI) 142
7.1.2  STM32F4的SPI接口 144
7.1.3  STM32的SPI编程所涉及的标准
外设库函数 145
7.1.4  STM32F4的SPI接口开发步骤 145
任务10  SPI总线驱动OLED显示 146
7.2  STM32F4的CAN总线 150
7.2.1  控制器局域网络(CAN) 150
7.2.2  STM32F4的CAN总线控制器 151
7.2.3  STM32F4的CAN总线控制器编程所
涉及的标准外设库函数 153
7.2.4  STM32F4的CAN总线开发步骤 153
任务11  板间CAN总线通信 153
思考与练习 161
第8章  STM32F4的SDIO与FSMC
?接口 162
8.1  STM32F4的SDIO接口 162
8.1.1  SDIO接口的工作原理 162
8.1.2  SD卡 163
8.1.3  STM32F4的SDIO接口库
函数分析 167
任务12  SD卡读/写操作 169
8.1.4  STM32F4的SDIO接口
开发步骤 171
8.1.5  FatFs文件系统 172
任务13  文件操作 173
8.2  STM32F4的FSMC接口 176
8.2.1  STM32F4微控制器的FSMC 176
8.2.2  FSMC编程所涉及的标准外设
库函数 178
任务14  FSMC-SRAM读/写操作 178
思考与练习 185
第9章  基于STM32F4的µC/OS-Ⅲ?嵌入
式操作系统应用开发 186
9.1  µC/OS-Ⅲ 实时操作系统的移植 186
9.1.1  嵌入式实时操作系统 186
9.1.2  µC/OS-Ⅲ 的功能特性 187
9.1.3  µC/OS-Ⅲ  源码下载与解析 188
9.1.4  移植µC/OS-Ⅲ 至STM32F4 192
9.2  µC/OS-Ⅲ 任务管理 202
任务15  µC/OS-Ⅲ 任务创建和删除 202
任务16  µC/OS-Ⅲ 任务挂起和恢复 207
任务17  µC/OS-Ⅲ 信号量和互斥信号量 211
9.3  µC/OS-Ⅲ 嵌入式操作系统开发步骤 216
任务18  µC/OS-Ⅲ 消息传递 216
任务19  µC/OS-Ⅲ 临界段代码 222
任务20  µC/OS-Ⅲ 软件定时器 226
思考与练习 230
 
下篇  “嵌入式技术应用开发”赛项实战
 
第10章  嵌入式技术应用开发赛项
?介绍 233
10.1  赛项内容与要求 233
10.1.1  赛项内容 233
10.1.2  比赛要求 233
10.2  竞赛综合训练沙盘/竞赛环境标志物 234
10.2.1  竞赛沙盘标志物与赛道地图 234
10.2.2  竞赛环境标志物 234
第11章  硬接焊接与调试 238
11.1  硬件焊接任务内容 238
11.2  硬件焊接任务要求 238
11.2.1  电路原理图 238
11.2.2  器件位置图 240
11.3  硬件焊接任务实施 243
11.3.1  元器件识别与质量检测 243
11.3.2  焊接工艺要求 245
11.3.3  元器件焊接与装配 245
第12章  嵌入式硬件编程 246
12.1  任务要求与竞赛内容 246
12.1.1  任务要求 246
12.1.2  竞赛内容 246
12.2  主车控制 248
12.2.1  电机驱动与码盘测速 248
12.2.2  循迹数据获取与状态控制 253
任务21  主车路径自动识别 257
第13章  传感器应用与红外通信
?技术 266
13.1  超声波测距原理 266
任务22  超声波测距与避障 267
13.2  光强度测量原理 268
任务23  光照强度测量与控制 271
13.3  红外通信控制 272
任务24  控制智能路灯标志物 273
任务25  控制报警器标志物 276
任务26  控制立体显示器标志物 277
任务27  控制LCD显示器标志物 279
第14章  RFID技术应用 281
14.1  RFID技术 281
14.1.1  RFID技术概述 281
14.1.2  RFID卡容量与存储结构 281
14.2  非接触式IC卡与MFRC522
读卡器 282
14.2.1  非接触IC卡的组成与分类 282
14.2.2  非接触IC卡的原理 283
14.2.3  MFRC522读卡器 283
任务28  RFID卡读写操作 285
任务29  小车自动检测与识别RFID卡 288
第15章  ZigBee无线通信与控制 290
15.1  ZigBee无线通信模块工作原理 290
15.1.1  ZigBee无线通信模块 290
15.1.2  ZigBee工作原理 290
15.2  ZigBee无线通信模块发送与
接收数据 293
15.2.1  ZigBee数据发送原理 293
15.2.2  ZigBee数据接收原理 295
任务30  控制LED显示标志物 296
任务31  控制道闸标志物 300
任务32  控制无线充电标志物 301
任务33  控制语音播报标志物 302
任务34  控制TFT显示器标志物 305
任务35  控制智能交通灯标志物 307
任务36  控 制 从 车 308
任务37  控制立体车库标志物 311
任务38  回收ETC系统标志物数据 312
第16章  语音识别及控制 314
16.1  语音合成SYN7318芯片 314
16.2  通信协议与控制方式 314
16.2.1  通信传输字节与波特率配置 314
16.2.2  命令帧格式与控制命令 315
任务39  语音识别及行进控制 316
第17章  特殊地形行进 320
17.1  通过特殊地形编程方法 320
17.2  通过特殊地形编程案例 321
任务40  主车通过特殊地形 321
任务41  从车通过特殊地形 322
第18章  Android程序设计 323
18.1  系统背景及功能概述 323
18.1.1  系统背景简介 323
18.1.2  功能概述 324
18.1.3  开发环境和目标平台 325
18.2  开发前的准备工作 325
18.2.1  数据分析与设计 325
18.2.2  图片资源的搜集和制作 325
18.3  系统功能预览 328
18.3.1  串口通信配置 328
18.3.2  Socket通信 330
18.3.3  系统综合应用 332
18.3.4  标志物控制示例 335
18.4  界面主类LCCX Activity 338
18.5  辅助界面相关类 339
18.5.1  欢迎界面WelcomeView类 339
18.5.2  设置界面 343
第19章  Android应用开发 345
19.1  二维码扫描及处理 345
任务42  主车摄像头扫描二维码及处理 350
任务43  从车摄像头扫描二维码及处理 356
19.2  机器视觉与图像处理 360
任务44  主车识别图形 360
任务45  主车识别车牌 364
任务46  主车识别交通灯信息 372
任务47  从车识别图形 377
第20章  算法编码与应用 380
20.1  算法编码思路 380
20.2  常用算法编码原理 381
20.2.1  CRC校验算法 381
任务48  CRC校验算法应用(2018年原题) 385
20.2.2  RSA算法 386
任务49  RSA加密算法(2017年原题) 387
 
 
 
附录1  2018年全国职业院校技能大赛“嵌入式技术应用开发”赛项赛题 389
附录2  2019年全国职业院校技能大赛“嵌入式技术应用开发”赛项赛题 394
参考文献 400