《STM32嵌入式单片机原理与应用》-李正军 教学大纲

XX大学XXXX学院《单片机原理与应用》课程教学大纲编写人：XXX审定人：XXX编制时间：审定时间：一、课程基本信息：课程名称单片机原理与应用英文名称principle

and

application

of

single

chip

microprocessor

课程编码开课单位课程类别□通识教育必修课程□通识教育核心课程□通识教育选修课程□学科基础平台课程□专业基础课程√专业必修课程□专业选修课程课程性质√必修□选修学分2学时36适用专业自动化、自动检测、电气工程及其自动化、电子信息、机电一体化、物联网等专业先修课程数字电子技术、模拟电子技术、微机原理与应用、C语言程序设计后续课程物联网应用、智能控制、人工智能课程网站教学团队XXX等课程负责人XXX二、课程描述《单片机原理与应用》是自动化、自动检测、电子信息、机电一体化、物联网等相关专业的必修课，是一门重要的专业核心课程。通过本课程学习，使学生了解嵌入式系统基本概念、硬件组成，软件架构；掌握各基本模块功能和典型应用方法。使学生能够进行嵌入式系统硬件电路分析、设计，并应用高级程序设计语言为嵌入式系统开发应用程序，能够完成嵌入式系统的组装、调试任务。培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生专业综合素质，增强职业拓展能力，为物联网应用，人工智能，智能制造等后续课程学习打下坚实基础。本课程既要保持与强调理论上的科学性与严密性，培养学生实事求是的严谨细致的科学态度和分析问题的逻辑性与条理性，又要具有分析工程技术问题的观点和方法，培养学生从实际出发、在理论指导下灵活处理问题的观点和方法。三、教学目标（1）能够在理解嵌入式系统的基本概念、发展历史的内涵以及外延的基础上，总结和预测嵌入式系统行业的发展现状与发展趋势，培养学生分析和总结问题的能力；（2）能够在理解嵌入式系统组成原理的基础上，掌握嵌入式系统设计与开发的一般流程；（3）理解和掌握ARM体系结构及STM32微控制器内核架构；（4）能够熟练使用嵌入式主流的开发工具，掌握工程的代码编辑、程序编译、仿真和调试等能力。（5）理解和掌握嵌入式微控制器STM32的硬件外设资源（GPIO、EXTI、USART、TIM、ADC等）及嵌入式操作系统，能够基于STM32的外设模块进行外设的应用与实践；（6）通过项目案例，重点掌握嵌入式系统的应用开发，能够根据系统要求，进行系统的芯片选型，采用合适的开发工具，针对实际项目需求，进行系统方案的总体设计、硬件设计以及软件设计，并在设计过程中体现分析问题、项目设计与实施、团队协作、项目管理等能力。四、课程教学内容及学时分配第1章绪论（3学时）1.1微型计算机概述 1.1.1微型计算机的基本构成 1.1.2微控制器与嵌入式系统 1.1.3微处理器常用技术 1.1.4微型计算机的应用 1.2ARM概述 1.2.1ARM简介 1.2.2ARM架构的演变 1.2.3ARM体系结构与特点 1.2.4Cortex-M3处理器的主要特性 1.2.5Cortex-M3处理器结构 1.3嵌入式系统 1.3.1嵌人式系统概述 1.3.2嵌人式系统和通用计算机系统比较 1.3.3嵌人式系统的特点 1.4嵌入式系统的软件 1.4.1无操作系统的嵌入式软件 1.4.2带操作系统的嵌人式软件 1.4.3典型嵌人式操作系统 1.4.4软件架构选择建议 1.5嵌人式系统的应用领域 1.6嵌入式控制系统（ECS） 习题第2章STM32微控制器（3学时）2.1STM32微控制器概述 2.1.1STM32微控制器产品线 2.1.2STM32微控制器命名规则 2.2STM32F1系列产品系统构架和STM32F103ZET6内部结构 2.2.1STM32F1系列产品系统架构 2.2.2STM32F103ZET6的内部架构 2.3STM32F103ZET6的存储器映像 2.3.1STM32F103ZET6内置外设的地址范围 2.3.2嵌入式SRAM 2.3.3嵌入式闪存 2.4STM32F103ZET6的时钟结构 2.5STM32F103VET6的引脚 2.6STM32F103VET6最小系统设计第3章STM32微控制器的开发平台（3学时）3.1KeilMDK5安装配置 3.1.1Keil简介 3.1.2Keil下载 3.1.3MDK安装 3.1.4安装库文件 3.2KeilMDK下新工程的创建 3.2.1建立文件夹 3.2.2打开KeiluVision 3.2.3新建工程 3.3J-Link驱动安装 3.3.1J-Link简介 3.3.2J-Link驱动安装 3.4KeilMDK5调试方法 3.4.1进入调试模式 3.4.2调试界面介绍 3.4.3变量查询功能 3.4.4断点功能 3.4.5结束调试模式 3.5J-Scope安装 3.5.1J-Scope简介 3.5.2J-Scope安装 3.6J-Scope调试方法 3.6.1打开J-Scope 3.6.2J-Scope功能区介绍 3.6.3新建工程 3.6.4添加变量 3.6.5保存工程 3.6.6进入调试模式 3.6.7停止调试 3.6.8查看存储的变量 3.7Cortex-M3微控制器软件接口标准CMSIS 3.7.1CMSIS介绍 3.7.2STM32F10x标准外设库 3.8STM32F103开发板的选择 3.9STM32仿真器的选择 习题第4章中断系统（4学时）4.1中断的基本概念 4.1.1中断的定义 4.1.2中断的应用 4.1.3中断源与中断屏蔽 4.1.4中断处理过程 4.1.5中断优先级与中断嵌套 4.2STM32F103中断系统 4.2.1嵌套向量中断控制器NVIC 4.2.2STM32F103中断优先级 4.2.3STM32F103中断向量表 4.2.4STM32F103中断服务函数 4.3STM32F103外部中断／事件控制器EXTI 4.3.1EXTI内部结构 4.3.2EXTI工作原理 4.3.3EXTI主要特性 4.4STM32F10x的库函数 4.2.1STM32F10x的NVIC相关库函数 4.2.2STM32F10x的EXTI相关库函数 4.2.3EXTI中断线GPIO引脚映射库函数 4.5外部中断设计流程 4.5.1NVIC设置 4.5.2中断端口配置 4.5.3中断处理 4.6外部中断设计实例 4.6.1外部中断的硬件设计 4.6.2外部中断的软件设计 习题第5章通用输入/输出接口GPIO（4学时）5.1通用输入／输出接口概述 5.2.1输入通道 5.2.2输出通道 5.2GPIO的功能 5.2.1普通I/O功能 5.2.2单独的位设置或位清除 5.2.3外部中断/唤醒线 5.2.4复用功能（AF） 5.2.5软件重新映射I/O复用功能 5.2.6GPIO锁定机制 5.2.7输入配置 5.2.8输出配置 5.2.9复用功能配置 5.2.10模拟输入配置 5.3GPIO常用库函数 5.4GPIO使用流程 5.4.1普通GPIO配置 5.4.2IO复用功能AFIO配置 5.4.3开关量输入功能块DI 5.4.4开关量输出功能块DO 5.4.5PID控制算法功能块PID 5.5GPIO输出应用实例 5.5.1GPIO输出应用的硬件设计 5.5.2GPIO输出应用的软件设计 5.6GPIO输入应用实例 5.6.1GPIO输入应用的硬件设计 5.6.2GPIO输入应用的软件设计 习题第6章通用定时器（4学时）6.1STM32F103定时器概述 6.2基本定时器 6.2.1基本定时器简介 6.2.2基本定时器的主要特性 6.2.3基本定时器的功能 6.2.4基本定时器寄存器 6.3通用定时器 6.3.1通用定时器简介 6.3.2通用定时器主要功能 6.3.3通用定时器功能描述 6.3.4通用定时器工作模式 6.3.5通用定时器寄存器 6.3.6通用定时器工作模式 6.4高级定时器 6.4.1高级定时器简介 6.4.2高级定时器结构 6.5定时器库函数 6.6定时器应用实例 6.6.1定时器应用的硬件设计 6.6.2定时器应用的软件设计 6.7SysTick系统滴答定时器 6.7.1SysTick功能综述 6.7.2SysTick配置例程 习题第7章模/数（A/D）转换器（4学时）7.1模拟量输入通道 7.2模拟量输入信号类型与量程自动转换 7.2.1模拟量输入信号类型 7.2.2量程自动转换 7.3STM32F103VET6集成的ADC模块 7.3.1STM32的ADC概述 7.3.2STM32的ADC模块结构 7.3.3STM32的ADC配置 7.3.4STM32的ADC应用特征 7.4ADC库函数 7.5A/D配置流程 7.6模/数（A/D）转换器应用实例 7.6.1模/数（A/D）转换器应用的硬件设计 7.6.2模/数（A/D）转换器应用的软件设计 习题第8章USART串行通信（4学时）8.1串行通信基础 8.1.1串行异步通信数据格式 8.1.2连接握手 8.1.3确认 8.1.4中断 8.1.5轮询 8.2USART工作原理 8.2.1USART介绍 8.2.2USART主要特性 8.2.3USART功能概述 8.2.4USART通信时序 8.2.3USART中断 8.2.4USART相关寄存器 8.3USART库函数 8.4USART串行通信应用实例 8.4.1USART串行通信应用的硬件设计 8.4.2USART串行通信应用的软件设计 8.5外部总线 8.5.1RS-232C串行通信接口 8.5.2RS-485串行通信接口 习题第9章SPI与I2C串行总线（4学时）9.1SPI通信原理 9.1.1SPI介绍 9.1.2SPI互连 9.2STM32F103的SPI工作原理 9.2.1SPI主要特征 9.2.2SPI内部结构 9.2.3时钟信号的相位和极性 9.2.4数据帧格式 9.2.5配置SPI为主模式 9.3SPI库函数 9.4SPI串行总线应用实例 9.4.1SPI串行总线应用的硬件设计 9.4.2SPI串行总线应用的软件设计 9.5I2C通信原理 9.5.1I2C串行总线概述 9.5.2I2C总线的数据传送 9.6STM32F103的I2C接口 9.6.1STM32F103的I2C主要特性 9.6.2STM432F103的I2C内部结构 9.6.3STM32F103的I2C主要特性 9.7STM32F103的I2C库函数 9.8I2C串行总线应用实例 9.8.1I2C串行总线应用的硬件设计 9.8.2I2C串行总线应用的软件设计 习题第10章DMA控制器（3学时）10.1DMA的结构和主要特征 10.2DMA的功能描述 10.2.1DMA处理 10.2.2仲裁器 10.2.3DMA通道 10.2.4DMA中断 10.3DMA库函数 10.4DMA应用实例 10.4.1DMA应用的硬件设计 10.4.2DMA应用的软件设计 五、教学方法在教学方式上，以目前的授课资源为基础，不断丰富教学内容，积极采用启发和研讨式教学方法，促进课堂的生动性，提高学生的学习的主动性和应用的积极性，从而提高教学的质量。课堂教学中对难点与重点内容采用循序渐进的方法，将基础理论知识和实际工程应用相结合，通过实际案例的分析、介绍，让学生掌握计算机控制系统的硬件电路及软件分析和综合设计的方法。此外，本课程的教学内容将不断更新，充分结合自动化学院的科研课题，引入一些理论和应用的最新研究成果，拓宽学生的视野，从理论知识、分析能力、应用能力和解决问题的能力方面不断丰富教学内容。六、说明(1)本课程为自动化专业的主要专业课之一。本课程的先修课程应当包括：数字电子技术、模拟电子技术、微机原理与应用、C语言程序设计等。(2)教学内容要注重理论联系实际，有针对性地把系统原理与系统实现结合起来；软件与硬件实现结合起来。从理论上、技术上、工程实现上进行全面考虑，加强能力的培养，提高创新意识。(3)采用传统教学方法和现代教学方法相结合，一方面采用课堂讲授、实验、练习三结合，另一方面适当采用现场教学、计算机、多媒体教学CAI课件等现代教学手段，激发学生的学习兴趣，培养学生的创