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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GPIO48

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 ADC98

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USART129

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 LCD207

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I2C238

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