基于STM32嵌入式接口与传感器应用开发

第1部分  嵌入式系统基本原理和开发知识

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

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GPIO （48）

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 ADC （98）

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USART （129）

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I2C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 LCD （207）

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

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I2C （238）

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  智能家居光栅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

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）