嵌入式系统设计(STM32)第1讲
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第1章嵌入式系统概述
2、SiM3U1xx（80MHZ USB）系列（M3）
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义：
●从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 ●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧 密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一 个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +
STM32嵌入式系统原理-绪论
1/2/4x USART/LIN
Smartcard / IrDa Modem Control
0/1x SPI 1/2x I2C
Temp Sensor
**只有在Flash大于256KB（包含）的芯片上才包括DAC, EMI (144 pins), I2S, SDIO,图象传感器
Flash Size (bytes)
32kB-512kB Flash Memory 6kB-48kB SRAM 20B Backup Regs External Memory Interface**
Power Supply
Reg 1.8V
POR/PDR/PVD XTAL oscillators
32KHz + 4~16MHz
•出色的时钟安全模式
封装
电压范围2.0到3.6V I/O电压容限为5V
什么是STM32?
新的基于ARM内核的32位MCU系列 内核为ARM公司为要求高性能、低成本、低功
耗的嵌入式应用专门设计
的Cortex-M3内核
标准的ARM架构 超前的体系结构 高性能 低电压 低功耗 创新的内核以及外设 简单易用/自由/低风险
3 to 11* Channels
ARM Lite Hi-Speed Bus Matrix / Arbiter (max 72MHz)
•2V-3.6V 供电电压
72 MHz
CPU
Flash I/F
32kB-512kB Flash Memory 6kB-64kB SRAM 20B Backup Regs External Memory Interface** Image Sensor** Clock Control
第一章、嵌入式系统设计概论 ppt课件
在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、 汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类 产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。
ppt课件
12
经典应用
CISCO的路由器 华为、中兴的以太网交换机 恒基伟业的商务通PDA； 摩托罗拉的手机 美国宇航局的火星探测器 Sony的机器狗AIBO
ppt课件 7
后PC技术的时代
小到mp3，PDA等微型数字化产品，大到 网络家电，智能家电，车载电子设备 嵌入式系统是这个后PC时代的擎天之柱 1999年世界电子产品产值已超过12000亿 美元，2000年达到13000亿美元，预计 2005年，销售额将达18000亿美元。
ppt课件
8
普适计算是指使用小型计算设备、在位置 不断移动的过程中或在地理位置分布很广 的范围内，在不稳定的通信条件下实现联 机事务处理和企业核心数据访问。 普适计算是指无所不在的、随时随地可以 进行计算的一种方式； 主要针对移动设备； 普适计算设备可以一直或间断地连接着网 络
ppt课件 22
普适计算和无线互联及网络计算比较
ppt课件
5
历史
电脑用于控制设备或嵌入系统的历史几乎 电脑自身的历史一样长 计算机控制系统 单片机掀起电子化浪潮 微处理器高速发展推动了嵌入式系统
ppt课件
6
嵌入式系统的演变
8031/8051单片机系统，自行编写程序； 68360/386EX控制系统，自己编写简单的 操作系统； 32位嵌入式处理器＋pSoS嵌入式操作系 统＋tcp/ip协议栈； 各种SoC+嵌入式Linux/VxWorks+嵌入式 Web 设备server以及各种复杂网络协议栈 ＋GUI图形界面＋无线模块＝现代可移动 的网络智能设备
基于STM32的嵌入式系统原理与设计第一章ppt课件
–通过本章的学习，既可以掌握STM32的全貌，也可以学 习到重要的关于Cortex M3处理器内核和STM32器件的 细节信息
3
1.1 STM32性能和结构 1.1.1总体性能
以高密度的STM32F103VET6为例，能适合一般项目的 需要，价格在30元以下，避免由于FLASH和RAM太小 造成的瓶颈。 VET6的含义为：
P33图1-18.
35
1.SysTic定时器的位置和功能 2. SysTic定时器的4个寄存器 表1-12 表1-15 3. SysTic定时器编程（寄存器级别）。
P36代码1-10. 4. SysTic定时器编程（库函数级别）。
P36代码1-11. 库函数实现原理 P36代码1-12
36
STM32的常规定时器分为三类，包括 1.高级控制定时器TIM1和TIM8 2.通用定时器TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 3.基本定时器TIM6、TIM7 三种定时器功能 P39表1-16
55
亮点嵌入式
56
+ 选择NOR这个块连接TFT控制器，采用8080接口(接 口详细信息见液晶驱动板设计部分)。8080接口需 16跟数据线，可以用FSMC_D[15..0]做数据线。
+ 写信号是FSMC_NWE,读信号是FSMC_NOE。 + 地址信号的设置 + 液晶控制器RS信号的设置
54
+ P48 1,3,5,7,8
V的含义为100pins,即100个管脚。 E表示512KB的FLASH。 T表示LQFP封装。 6 表示-40到85度的温度范围。
4
1.1 STM32性能和结构 1.1.2 系统结构分析
5
ห้องสมุดไป่ตู้
3
1.1 STM32性能和结构 1.1.1总体性能
以高密度的STM32F103VET6为例，能适合一般项目的 需要，价格在30元以下，避免由于FLASH和RAM太小 造成的瓶颈。 VET6的含义为：
P33图1-18.
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1.SysTic定时器的位置和功能 2. SysTic定时器的4个寄存器 表1-12 表1-15 3. SysTic定时器编程（寄存器级别）。
P36代码1-10. 4. SysTic定时器编程（库函数级别）。
P36代码1-11. 库函数实现原理 P36代码1-12
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STM32的常规定时器分为三类，包括 1.高级控制定时器TIM1和TIM8 2.通用定时器TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 3.基本定时器TIM6、TIM7 三种定时器功能 P39表1-16
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亮点嵌入式
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+ 选择NOR这个块连接TFT控制器，采用8080接口(接 口详细信息见液晶驱动板设计部分)。8080接口需 16跟数据线，可以用FSMC_D[15..0]做数据线。
+ 写信号是FSMC_NWE,读信号是FSMC_NOE。 + 地址信号的设置 + 液晶控制器RS信号的设置
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+ P48 1,3,5,7,8
V的含义为100pins,即100个管脚。 E表示512KB的FLASH。 T表示LQFP封装。 6 表示-40到85度的温度范围。
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1.1 STM32性能和结构 1.1.2 系统结构分析
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ห้องสมุดไป่ตู้
嵌入式系统stm32课程设计
嵌入式系统stm32课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解嵌入式系统基本概念，掌握STM32的硬件结构和编程环境。
2. 学会使用C语言进行STM32程序设计，理解中断、定时器等基本原理和应用。
3. 掌握嵌入式系统外围设备的使用，如LED、按键、串口等，并能进行简单的系统集成。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计并实现具有实际功能的嵌入式系统项目。
2. 培养学生的动手实践能力，提高问题解决能力和程序调试技巧。
3. 增强团队协作能力，通过项目实践，学会分工合作和沟通交流。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对嵌入式系统的兴趣，激发学习热情，形成自主学习的习惯。
2. 树立正确的工程观念，注重实际应用，关注技术发展，提高创新意识。
3. 培养学生的责任心，使其认识到所学知识对社会和国家的贡献，树立远大理想。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识和实际操作，培养学生的嵌入式系统设计能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对嵌入式系统有一定了解，但缺乏实际项目经验。
教学要求：结合课程特点和学生学习情况，注重理论与实践相结合，通过项目驱动，引导学生主动探究，提高解决问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统的定义、特点与应用领域- STM32微控制器简介2. STM32硬件结构与编程环境- STM32的内部结构、外设接口- Keil MDK集成开发环境的使用3. STM32编程基础- C语言基础回顾- STM32程序框架与编译过程- 中断、定时器等基本原理及应用4. 外围设备使用- LED、按键、串口等外设的原理与编程- ADC、PWM等模拟外设的使用5. 嵌入式系统项目实践- 设计并实现具有实际功能的嵌入式系统项目- 项目分析与需求分析- 硬件电路设计与软件编程6. 课程总结与拓展- 课程知识梳理与巩固- 探讨嵌入式系统发展趋势与前沿技术教学内容安排与进度：第1-2周：嵌入式系统概述、STM32硬件结构与编程环境第3-4周：STM32编程基础第5-6周：外围设备使用第7-8周：嵌入式系统项目实践第9-10周：课程总结与拓展教学内容与教材关联性：本教学内容紧密结合教材，按照教材章节顺序进行教学，确保学生能够系统地掌握嵌入式系统STM32的知识点和技能。
第1章嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
如何选择操作系统：
商用的如VxWorks，emBos等价格高，采用不易。 WinCE操作系统 由于WinCE开发都是大家熟悉的VC++环境，所以学过 Windows程序设计课程不会有多大难度，这也是WinCE容易 被人们接受的原因，开发环境方便快速，微软的强大技术支 持。 目前，嵌入式ARM+linux是一个发展很热的方向。
第1章 嵌入式系统概论
1.5嵌入式系统的开发模式
宿主机
目标机 串口线
网线
第1章 嵌入式系统概论
• 嵌入式系统的软件使用交叉开发平台进行开发。 – 系统软件和应用软件在主机开发平台上开发 – 系统软件和应用软件在嵌入式硬件平台上运 行。 • 宿主机（Host）是用来开发嵌入式软件的系统。 • 目标机（Target）是被开发的目的嵌入式系统。 • 交叉编译器（Cross-compiler）是进行交叉平台 开发的主要软件工具。它是运行在一种处理器体 系结构上，但是可以生成在另一种不同的处理器 体系结构上运行的目标代码的编译器。
第1章 嵌入式系统概论
1.6嵌入式系统的测试
• 测试目的:
– – – – 找到软硬件设计中的错误 减少风险 节约成本 提高性能
测试什么: • 功能调试(黑盒测试)
– 压力测试,边界测试,异常测试 – 错误测试,随机测试,性能测试������
• 覆盖测试(白盒测试)
– 语句测试,判定和分支测试,条件覆盖
第1章 嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
(3) 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
(4) 支持32位的高速AMBA总线接口。
STM32嵌入式系统原理-绪论
评估技术可行性，分析实现系统功能所需的硬件和软件资源。
硬件选型与设计
选择STM32系列
根据系统需求和性能指标，选择合适的STM32系列芯片。
设计硬件电路
根据芯片规格书和系统需求，设计外围电路，包括电源、时钟、存 储、通信等模块。
制作硬件板
将设计好的电路制作成硬件板，进行焊接和调试。
软件编程与调试
工业自动化控制
• 工业自动化控制：STM32嵌入式系统广泛应用于工业自动化领域，如机器人 控制、自动化生产线监控、智能仪表等。通过STM32的稳定性和高效性，可 以实现精确的控制和实时的数据采集，提高生产效率和产品质量。
• 机器人控制：利用STM32控制机器人的运动轨迹和姿态，实现精确的定位和 操作，提高机器人作业的准确性和效率。
嵌入式系统在医疗设备领域中主要用于实 现医疗设备的智能化控制和管理，如医疗 监护仪、医用分析仪等。
02
STM32硬件架构
核心处理器
ARM Cortex-M内核
STM32微控制器基于ARM Cortex-M系列的MCU内核，具有高性能、低功耗 和易于编程的特点。
内核性能
ARM Cortex-M系列内核具有较高的指令执行速度和低功耗性能，能够满足各 种复杂的应用需求。
STM32CubeIDE
03
STMicroelectronics官方提供的集成开发环境。
编程语言与开发框架
01 C语言：嵌入式系统开发中最常用的编程语言 。
02 C语言：虽然不如C语言常用，但在某些项目 中也被使用。
03
ARM Cortex-M系列微控制器的HAL库和LL 库：STM32微控制器使用的标准库。
存储器
Flash存储器
用于存储程序代码和数据，具有非易 失性，能够在断电后保存数据。
硬件选型与设计
选择STM32系列
根据系统需求和性能指标，选择合适的STM32系列芯片。
设计硬件电路
根据芯片规格书和系统需求，设计外围电路，包括电源、时钟、存 储、通信等模块。
制作硬件板
将设计好的电路制作成硬件板，进行焊接和调试。
软件编程与调试
工业自动化控制
• 工业自动化控制：STM32嵌入式系统广泛应用于工业自动化领域，如机器人 控制、自动化生产线监控、智能仪表等。通过STM32的稳定性和高效性，可 以实现精确的控制和实时的数据采集，提高生产效率和产品质量。
• 机器人控制：利用STM32控制机器人的运动轨迹和姿态，实现精确的定位和 操作，提高机器人作业的准确性和效率。
嵌入式系统在医疗设备领域中主要用于实 现医疗设备的智能化控制和管理，如医疗 监护仪、医用分析仪等。
02
STM32硬件架构
核心处理器
ARM Cortex-M内核
STM32微控制器基于ARM Cortex-M系列的MCU内核，具有高性能、低功耗 和易于编程的特点。
内核性能
ARM Cortex-M系列内核具有较高的指令执行速度和低功耗性能，能够满足各 种复杂的应用需求。
STM32CubeIDE
03
STMicroelectronics官方提供的集成开发环境。
编程语言与开发框架
01 C语言：嵌入式系统开发中最常用的编程语言 。
02 C语言：虽然不如C语言常用，但在某些项目 中也被使用。
03
ARM Cortex-M系列微控制器的HAL库和LL 库：STM32微控制器使用的标准库。
存储器
Flash存储器
用于存储程序代码和数据，具有非易 失性，能够在断电后保存数据。
《嵌入式系统》课件_STM32
Copyright 2012 杨词慧. All rights reserved.
2 STM32F103的硬件结构
2) GPIO（续）
单独的位设置或位清除
在单次APB2写操作里，可以只更改 一个或多个位。 通过对GPIOx_BSRR、GPIOx_BRR 中想要更改的位写’1’来实现的。没
Copyright 2012 杨词慧. All rights reserved.
被选择的位将不被更改。
2 STM32F103的硬件结构
2) GPIO（续）
所有端口都有外部中断能力
如使用外部中断线，端口必须配置成
输入模式。
Copyright 2012 杨词慧. All rights reserved.
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启动：用户Flash、系统存储器、SRAM
Copyright 2012 杨词慧. All rights reserved.
STM32F103xC, STM32F103xD and STM32F103xE >> Datasheet P12 performance line block diagram
2) GPIO（续）
外设的GPIO配置
Copyright 2012 杨词慧. All rights reserved.
>> Datasheet P110
2 STM32F103的硬件结构
2) GPIO（续）
GPIO寄存器
端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)
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2 STM32F103的硬件结构
2) GPIO（续）
单独的位设置或位清除
在单次APB2写操作里，可以只更改 一个或多个位。 通过对GPIOx_BSRR、GPIOx_BRR 中想要更改的位写’1’来实现的。没
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被选择的位将不被更改。
2 STM32F103的硬件结构
2) GPIO（续）
所有端口都有外部中断能力
如使用外部中断线，端口必须配置成
输入模式。
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启动：用户Flash、系统存储器、SRAM
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STM32F103xC, STM32F103xD and STM32F103xE >> Datasheet P12 performance line block diagram
2) GPIO（续）
外设的GPIO配置
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>> Datasheet P110
2 STM32F103的硬件结构
2) GPIO（续）
GPIO寄存器
端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)
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1. 嵌入式系统简介
1.1 嵌入式系统定义 1.2 嵌入式系统的特点 1.3 嵌入式系统的分类 1.4 嵌入式系统的应用 1.5 嵌入式系统的发展 1.6 通用计算机与嵌入式系统对比
1.1 嵌入式系统定义
嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全 嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机 系统”，根据英国电器工程师协会（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为“用 于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。
（2）专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和
硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同 一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断 进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改， 程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级” 是完全两个概念。
1.2 嵌入式系统的特点
（3）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明
显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于 控制系统成本，同时也利于实现系统安全。
（4）高实时性。高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基
本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高 质量和高可靠性。
STM32嵌入式微控器 快速上手
陈志旺 等 编著 电子工业出版社
参考资料
1. 喻金钱，喻斌. STM32F系列ARM Cortex-M3核微控 制器开发与应用[M]. 清华大学出版社.
2. 彭刚，秦志刚. 基于ARMCortex-M3的STM32系列嵌 入式微控制器应用实践[M]. 电子工业出版社.
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心， 以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专 用计算机系统。
一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处 理器、存储器、输入输出（I/O）和软件。
1.2 嵌入式系统的特点
嵌入式系统的几个重要特征：
1.2 嵌入式系统的特点
（6）专门的开发工具和环境。系统开发需要开发工具
和环境。由于其本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常 也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才 能进行开发。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发， 目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
（见表1-3, P5）
冯·诺依曼结构 ：单一存储、统一编址、分时复用
哈佛结构：分开存储、独立编址、两倍带宽、效率更高
式系统的应用
（1）工业控制 基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已
经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提 高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控 制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工 系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单 片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业 控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。
与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系 统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由 于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够 对它进行优化，减小尺寸降低成本。
嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约， 能够随着产量进行成百上千的放大。
1.1 嵌入式系统定义
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来 执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通 用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统 上的软件通常是暂时不变的，所以经常称为“固件”。
3. 李宁. 基于MDK的STM32处理器开发应用[M]. 北京 航空航天大学出版社.
考试形式
总成绩 = 实验40%+平时10%+期末50% 实验时间：1-17周,双周周五上午8:00 实验地点：电子楼119
主要内容
1. 嵌入式系统简介 2. STM32简介 3. 教学开发板 4. 工程模板的建立
（1）体系结构。普林斯顿结构（冯·诺依曼结构 ）和哈佛结构 （2）指令集。CISC（复杂指令系统）和RISC（精简指令系统）
（见表1-2, P4） （3）嵌入式处理器种类。一般可以将嵌入式处理器分成4类，即
嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU) 嵌入式微控制器(Micro Controller Unit，MCU单片机) 嵌入式DSP处理器(Digital Signal Processor，DSP) 嵌入式片上系统(System On Chip，SoC)
（1）系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置
的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。 内核，是一个操作系统的核心。是基于硬件的第一层软件扩充，提 供操作系统的最基本的功能，是操作系统工作的基础，它负责管理 系统的进程、内存、 内核体系结构设备驱动程序、文件和网络系统， 决定着系统的性能和稳定性。
【自举（bootstrapping）一词来自于人都是靠自身的“自举”机构站立起 来的这一思想。计算机必须具备自举能力将自己所有的元件激活，以便 能完成加载操作系统这一目的，然后再由操作系统承担起那些单靠自举 代码无法完成的更复杂的任务。自举只有两个功能：加电自检和磁盘引 导。】
1.3 嵌入式系统的分类
（5）多任务的操作系统。嵌入式软件开发要想走向标准化，
就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有 操作系统而直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务，利 用系统资源、系统函数以及专家库函数接口，用户必须自行选配 RTOS (Real Time Operating System)开发平台，这样才能保证 程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。