嵌入式技术应用开发实战

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