嵌入式技术基础与实践项目化教程：基于ARM Cortex-M4内核STM32L431微控制器

　　本书采用项目化教学方式，以“项目、任务、活动”理实一体教学模式呈现教学内容。按照循序渐进、搭积木的设计思想，共设计了10个项目：初识嵌入式系统、闪灯的设计与实现、利用UART实现上位机和下位机的通信、利用定时中断实现频闪灯和电子时钟、利用PWM实现小灯亮度控制、利用输入捕捉测量脉冲信号的周期和脉宽、利用ADC设计简易数字电压表、SPI串行通信的实现、I2C串行通信的实现、利用TSC实现触摸感应功能。其中， 个项目旨在帮助读者初步认识嵌入式系统；其余项目均基于构件化设计，且均采用“通用知识”→“底层驱动构件的使用”→“应用层程序设计”→“拓展任务”的学习流程。 可根据教学需要，选择部分项目或全部项目进行综合应用系统设计和课程考核。为了方便教学和读者自学，本书配有在线教学资源，包括芯片资料、使用文档、硬件说明、源程序等。

　　王宜怀，苏州大学计算机科学与技术学院教授、博士生导师、网络工程系主任；苏州大学嵌入式系统与物联网研究所所长；苏州市政协 ；江苏省计算机学会嵌入式系统与物联网专业委员会主任、中国软件行业协会嵌入式系统分会理事。

前言硬件资源及在线教学资源二维码资源清单项目1 初识嵌入式系统1任务1.1 运行硬件系统11.1.1 实践体系简介11.1.2 编译、下载与运行 个嵌入式程序4任务1.2 熟悉嵌入式系统的定义、发展简史、分类及特点51.2.1 嵌入式系统的定义51.2.2 嵌入式系统的发展简史71.2.3 嵌入式系统的分类101.2.4 嵌入式系统的特点11任务1.3 熟悉嵌入式系统的学习方法121.3.1 嵌入式系统的学习困惑121.3.2 嵌入式系统的知识体系161.3.3 基础阶段的学习建议17任务1.4 掌握以MCU为核心的嵌入式系统组成191.4.1 MCU简介191.4.2 以MCU为核心的嵌入式测控产品的基本组成20【拓展任务】22 项目2 闪灯的设计与实现23任务2.1 STM32L431硬件 小系统设计232.1.1 STM32系列MCU简介232.1.2 ARM Cortex-M4微处理器简介242.1.3 STM32L431存储映像、引脚功能与硬件 小系统设计27任务2.2 由MCU构建通用嵌入式计算机342.2.1 嵌入式终端开发方式存在的问题与解决办法342.2.2 提出GEC概念的时机、GEC定义与特点352.2.3 由STM32L431构成的GEC37任务2.3 GPIO底层驱动构件文件的使用412.3.1 GPIO的通用知识412.3.2 STM32L431的GPIO底层驱动构件文件及使用方法43任务2.4 嵌入式构件化设计及闪灯的实现482.4.1 小灯硬件构件的设计及使用方法482.4.2 嵌入式软件 小系统492.4.3 闪灯的应用层程序设计及效果测试51【拓展任务】54项目3 利用UART实现上位机和下位机的通信55任务3.1 熟知UART的通用知识553.1.1 串行通信的基本概念553.1.2 TTL-USB串口583.1.3 串行通信编程模型59任务3.2 熟知中断的通用知识603.2.1 中断的基本概念603.2.2 中断的基本过程653.2.3 ARM Cortex-M4的非内核模块中断编程结构66任务3.3 UART底层驱动构件的使用673.3.1 STM32L431的UART模块673.3.2 UART底层驱动构件文件的组成及使用方法68任务3.4 PC与MCU的串口通信与调试713.4.1 UART通信的应用层程序设计713.4.2 使用printf函数输出数据74【拓展任务】75项目4 利用定时中断实现频闪灯和电子时钟76任务4.1 利用Timer中断实现频闪灯和电子时钟764.1.1 Timer基本定时底层驱动构件文件的组成及使用方法774.1.2 利用Timer中断实现频闪灯和电子时钟的应用层程序设计79任务4.2 利用内核定时器中断实现频闪灯和电子时钟834.2.1 SysTick定时器底层驱动构件文件组成及使用方法834.2.2 利用SysTick中断实现频闪灯和电子时钟的应用层程序设计84【拓展任务】86项目5 利用PWM实现小灯亮度控制87任务5.1 熟知PWM的通用知识875.1.1 PWM的基本概念与技术指标875.1.2 PWM的应用场合90任务5.2 Timer_PWM底层驱动构件的使用915.2.1 STM32L431的PWM引脚915.2.2 PWM底层驱动构件头文件及使用方法92任务5.3 PWM应用层程序设计与测试935.3.1 PWM应用层程序设计935.3.2 PWM应用层程序测试95【拓展任务】95项目6 利用输入捕捉测量脉冲信号的周期和脉宽96任务6.1 熟知输出比较和输入捕捉的通用知识966.1.1 输出比较的基本含义、原理和应用场合966.1.2 输入捕捉的基本含义、原理和应用场合96任务6.2 输出比较和输入捕捉底层驱动构件的使用976.2.1 STM32L431的输出比较和输入捕捉引脚976.2.2 输出比较底层驱动构件头文件及使用方法986.2.3 输入捕捉底层驱动构件头文件及使用方法100任务6.3 输出比较和输入捕捉功能的应用层程序设计与测试1026.3.1 输出比较和输入捕捉应用层程序设计1026.3.2 输出比较和输入捕捉应用层程序测试105【拓展任务】105项目7 利用ADC设计简易数字电压表106 任务7.1 熟知ADC的通用知识1067.1.1 模拟量、数字量及模/数转换器的基本含义1067.1.2 与A/D转换编程相关的技术指标107任务7.2 ADC底层驱动构件的使用1117.2.1 STM32L431芯片的ADC引脚1117.2.2 ADC底层驱动构件头文件及使用方法112任务7.3 简易数字电压表的设计1147.3.1 简易数字电压表的硬件电路组成和工作原理1147.3.2 ADC应用层程序设计与测试115【拓展任务】118 项目8 SPI串行通信的实现119任务8.1 熟知SPI的通用知识1198.1.1 SPI的基本概念1198.1.2 SPI的数据传输原理和时序120任务8.2 SPI底层驱动构件的使用1228.2.1 STM32L431的SPI引脚1228.2.2 SPI底层驱动构件头文件及使用方法123任务8.3 SPI串行通信的应用层程序设计与测试1268.3.1 SPI串行通信的应用层程序设计1268.3.2 SPI串行通信的应用层程序测试128【拓展任务】129项目9 I2C串行通信的实现130任务9.1 熟知I2C的通用知识1309.1.1 I2C总线的历史概况与特点1309.1.2 I2C总线硬件相关术语与典型硬件电路1319.1.3 I2C总线数据通信协议132任务9.2 I2C底层驱动构件的使用1369.2.1 STM32L431的I2C引脚1369.2.2 I2C底层驱动构件头文件及使用方法137任务9.3 I2C串行通信的应用层程序设计与测试1409.3.1 I2C串行通信的应用层程序设计1409.3.2 I2C串行通信的应用层程序测试143【拓展任务】144项目10 利用TSC实现触摸感应功能145任务10.1 熟知触摸感应控制器TSC的通用知识14510.1.1 触摸感应控制器TSC的基本原理14510.1.2 有关技术问题进一步说明146任务10.2 TSC底层驱动构件的使用14710.2.1 STM32L431的TSC框图和TSC引脚14710.2.2 TSC底层驱动构件头文件及使用方法148任务10.3 TSC实现触摸感应功能的应用层程序设计与测试15010.3.1 TSC实现触摸感应功能的应用层程序设计15010.3.2 TSC实现触摸感应功能的应用层程序测试154【拓展任务】154参考文献 168