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。

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
1.2ARM处理器5
1.2.1ARM处理器分类5
1.2.2ARMCortex-M系列处理器5
1.3STM32系列微控制器6
1.3.1STM32微控制器选型6
1.3.2STM32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
2.1STM32固件库简介26
2.1.1CMSIS标准与固件库关系26
2.1.2STM32固件库文件间的关系28
2.2MDK5软件安装与使用29
2.2.1MDK5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
2.3STM32F4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
2.4STM32F4时钟系统47
2.4.1STM32F4时钟树与时钟源47
2.4.2STM32F4系统时钟初始化50
2.5STM32F4的GPIO52
2.5.1GPIO的工作模式53
2.5.2GPIO的库函数分析53
2.5.3STM32F4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
3.1STM32F4的中断系统61
3.1.1STM32F4的中断61
3.1.2STM32F4的中断优先级65
3.2STM32F4微控制器的外部中断65
3.2.1EXTI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DMA72
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FIFO75
4.2STM32F4串口概述77
4.2.1STM32F4的USART特性77
4.2.2STM32F4的USART内部结构78
4.3STM32F4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
4.4printf（）重定向81
4.5STM32F4的串口通信开发步骤82
任务4串口数据发送与接收82
4.6STM32F4串口通信DMA的应用88
4.6.1STM32F4的DMA结构与工作过程88
4.6.2STM32F4的DMA请求通道选择89
4.7STM32F4的DMA库函数分析91
4.8STM32F4的DMA开发步骤93
任务5DMA数据传输93
思考与练习98
第5章STM32F4的定时器与PWM99
5.1STM32F4的定时器99
5.2STM32F4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
5.3STM32F4的定时器库函数分析102
5.4STM32F4的定时器开发步骤104
任务6控制LED交替闪烁105
5.5STM32F4的PWM应用110
5.6STM32F4的PWM库函数分析111
5.7STM32F4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DAC116
6.1STM32F4的ADC工作原理116
6.1.1STM32F4的ADC主要特性116
6.1.2STM32F4的ADC结构117
6.1.3STM32F4的ADC功能117
6.2STM32F4的ADC库函数分析119
6.2.1通用配置初始化函数119
6.2.2ADC参数初始化函数120
6.2.3读取ADC值121
6.3STM32F4的ADC开发步骤122
任务8测量电池电量124
6.4STM32F4的DAC工作原理130
6.4.1STM32F4的DAC主要特性130
6.4.2STM32F4的DAC内部结构131
6.4.3STM32F4的DAC工作过程131
6.5STM32F4的DAC库函数分析133
6.5.1DAC初始化函数133
6.5.2DAC使能禁止函数134
6.5.3设置DAC值136
6.6STM32F4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
7.1STM32F4的SPI总线142
7.1.1串行外设接口（SPI）142
7.1.2STM32F4的SPI接口144
7.1.3STM32的SPI编程所涉及的标准外设库函数145
7.1.4STM32F4的SPI接口开发步骤145
任务10SPI总线驱动OLED显示146
7.2STM32F4的CAN总线150
7.2.1控制器局域网络（CAN）150
7.2.2STM32F4的CAN总线控制器151
7.2.3STM32F4的CAN总线控制器编程所涉及的标准外设库函数153
7.2.4STM32F4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
8.1STM32F4的SDIO接口162
8.1.1SDIO接口的工作原理162
8.1.2SD卡163
8.1.3STM32F4的SDIO接口库函数分析167
任务12SD卡读/写操作169
8.1.4STM32F4的SDIO接口开发步骤171
8.1.5FatFs文件系统172
任务13文件操作173
8.2STM32F4的FSMC接口176
8.2.1STM32F4微控制器的FSMC176
8.2.2FSMC编程所涉及的标准外设库函数178
任务14FSMC-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
9.1µC/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
9.1.2µC/OS-Ⅲ的功能特性187
9.1.3µC/OS-Ⅲ源码下载与解析188
9.1.4移植µC/OS-Ⅲ至STM32F4192
9.2µC/OS-Ⅲ任务管理202
任务15µC/OS-Ⅲ任务创建和删除202
任务16µC/OS-Ⅲ任务挂起和恢复207
任务17µC/OS-Ⅲ信号量和互斥信号量211
9.3µC/OS-Ⅲ嵌入式操作系统开发步骤216
任务18µC/OS-Ⅲ消息传递216
任务19µC/OS-Ⅲ临界段代码222
任务20µC/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
14.1RFID技术281
14.1.1RFID技术概述281
14.1.2RFID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
14.2.3MFRC522读卡器283
任务28RFID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
15.1ZigBee无线通信模块工作原理290
15.1.1ZigBee无线通信模块290
15.1.2ZigBee工作原理290
15.2ZigBee无线通信模块发送与接收数据293
15.2.1ZigBee数据发送原理293
15.2.2ZigBee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
18.3.2Socket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LCCXActivity338
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
20.2.1CRC校验算法381
任务48CRC校验算法应用（2018年原题）385
20.2.2RSA算法386
任务49RSA加密算法（2017年原题）387
附录12018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22019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