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从零开始设计你的智能小车

“最小系统板+硬件模块”自己动手设计硬件平台, 丰富的教学视频打造“身临其境”的教学体验。配套 教学大纲、PPT课件、教学视频、开发实例、开发软件、芯片手册,咨询QQ:2301891038(仅限教师)。

作者:胡青
丛书名:面向新工科的电工电子信息基础课程系列教材
定价:59
印次:1-2
ISBN:9787302598930
出版日期:2022.05.01
印刷日期:2023.08.10

《从零开始设计你的智能小车》从“实战”出发,以STM32F103VET6单片机为对象,以C语言为开发语言,详细讲解如何在CMSIS固件库基础上完成嵌入式应用系统的开发。通过本书的学习,读者能够初步了解嵌入式系统设计中的硬件设计和软件设计,掌握硬件和软件调试技巧,具备设计、规划和实现一个简单嵌入式应用系统的能力。 全书以“智能小车设计”作为主线,内容分为基础篇、提高篇和实践篇三个层次。“基础篇”介绍嵌入式开发的基本常识、系统架构等。“提高篇”以小车功能需求为目标来组织各章节内容,每一章实现智能小车的一个功能。“实践篇”从应用系统设计规划的角度出发,通过两个不同的“智能小车”系统设计实例,从功能设计规划开始,经过硬件需求分析与选型、硬件设计与供电设计,到软件设计、系统测试,详细讲解从设计规划到开发实现的完整过程。侧重分析设计思路、设计方法,以及项目的组织架构,培养作为系统开发工程师而应该具备的“全局观”和从系统层面分析、分解系统功能的能力。 本书可作为高等院校自动化、电气工程等相关专业的教材,也可作为嵌入式开发爱好者的入门书籍。

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前言 2014年,教育部推动“卓越工程师教育培养计划”,重庆大学自动化学院建立了“卓越计划”实验班。为了适应“卓越计划”加强培养学生工程素养的要求,2017年,我为实验班开设了全新的“嵌入式技术与应用”课程。课程注重实践,引导学生建立工程师的思维方式,培养设计、规划、开发嵌入式应用系统的能力。课程选择主流的32位ARM CortexM3内核STM32F103VET6单片机为对象,以C语言为开发语言,详细讲解如何在CMSIS固件库基础上完成嵌入式应用系统的开发。 通过几届的教学实践,课程取得了比较满意的效果,学生们认为课程培养了他们的动手能力,使他们初步掌握了嵌入式开发技术,很多同学将课程所学的知识应用在竞赛和SRTP、国创项目,取得了较好的成绩。以课程内容为基础,结合教学中发现的问题以及学生实践中的反馈,形成了本书的主体内容。 本书以“智能小车设计”作为主线,分为基础篇、提高篇和实践篇三个层次。“基础篇”介绍嵌入式系统的基本概念、单片机系统架构、CMSIS库基本结构等,重点讲解嵌入式系统开发的基础知识、常用的片上硬件模块,包括GPIO模块、基本定时器以及嵌套向量中断控制器NVIC等。“提高篇”以小车功能需求为主线,每章实现小车的一个功能。内容安排由浅入深,“按需学习”,即针对具体的功能需求,选择合适的扩展硬件模块。为了控制拓展的硬件模块而学习片上硬件的相关功能,了解与该功能相关的寄存器和接口函数,掌握基于库函数的嵌入式开发技术。每章都有设计实例,详细分析实例项目的硬件设计和软件设计。在开发实例的讲解上,突出单片机“参考手册”“数据手册”的作用。从项目开发的角度,分析项目文件的组织结构,接口函数的设计。“实践篇”从应用系统设计规划的角度出发,通过两个不同的“智能小车”设计,从功能设计规划开始,到硬件需求分析与选型、硬件设计与供电设计、软件设计与测试,详细讲解从设计规划到开发实现的完整过程。重点分析设计思路、设计方法,以及项目的组织架构,培养作为系统开发工程师应该具备的“全局观”和从系统层面分析、分解系统功能的能力。 本书面向对嵌入式系统开发有兴趣的读者,只要有C语言的编程经验即可,无需更多的软硬件开发经验。本书以“单片机最小系统板+相关硬件小模块”的方式搭建硬件平台,而不是直接购买一块昂贵的开发板,书中用到的所有硬件模块都很容易在网络平台上购买到,并且有很多可互相替换的硬件模块可供选择。新手做硬件设计难免会出错,在教学过程中,每一届都有学生因失误而烧毁硬件,最小系统板、8段LED、L298N等都损坏过,甚至小车都撞坏过,这很正常。学习游泳怎能不呛水,但是如果损坏的硬件价格昂贵,这就很“痛”了。集成了所有外扩硬件的开发板成本太高,一旦损坏就会给学习者带来高昂的成本损失,也会对其造成很大的心理压力,使其在学习和使用的过程中畏首畏尾。本书选择“最小系统板+硬件模块”的方式,每一个硬件模块的价格都不高,减轻学习者的经济压力和心理负担,使其更能勇于尝试。这种方式能锻炼学习者动手做硬件设计的能力,硬件设计对嵌入式系统设计来说是非常重要的部分。 本书的配套资料中给出了开发软件、单片机手册、芯片数据手册、硬件模块资料等,还有教学大纲、教学课件、讲解视频、参考例程等,尤其是每个参考例程都配有视频讲解,说明所需要的硬件如何连接,分析程序结构,演示实验现象。学习了相关章节内容后,按照视频讲解,逐步操作,就能复现实验现象。在“吃透”参考例程的基础上,边学习边实践,最终一定能够设计并实现自己的智能小车,这时就能真正体会到开发嵌入式系统的乐趣。 胡青 2022年2月 于重庆大学 教学大纲+教学课件 参考例程 开发软件+单片机手册+ 硬件模块资料

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  • 胡青,工学博士,现为重庆大学自动化学院副教授。作为主研人员,参与重庆市精品课程“计算机硬件技术基础”系列课程的建设。参与多项市级、校级教改项目,获得重庆市高等教育教学成果三等奖一项。在《计算机教育》《实验室研究与探索》等期刊上发表教改文章10余篇。参编教材4部,其中《单片机原理及应用》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。在嵌入式开发方面积累了丰富的工程经验以及教学经验。
  • (1) 体现“卓越工程师教育培养计划”的理念,注重培养学生解决复杂工程问题的能力,将嵌入式系统开发能力的培养常态化、课程化。
    (2) 选用Coretex-M3内核的STM32F103VET6单片机,深入分析CMSIS固件库,详细讲解基于固件库的嵌入式系统开发。
    (3) 专门讲解C语言在嵌入式系统开发中的独到之处,以及固件库C语言程序的特性。
    (4) 内容组织由浅入深,基础篇、提高篇和实践篇可适应不同层次学习者的需求。
    (5) “最小系统板+硬件模块”方式搭建硬件平台,设计灵活,可拓展性强。
    (6) 从“实战”出发,按需学习。针对具体的功能需求,先学习单片机片上硬件模块的功能、相关寄存器和库函数,再完成设计实现功能。
    (7) 针对各章内容,配有丰富的设计实例,分析程序架构,讲解调试方法。
    (8) 提供完整的项目开发设计实例,分解功能需求,分析硬件设计,讲解软件设计,讲述完整的项目开发全过程。
    (9) 配套大量教学视频,从工具的使用、硬件设计,到分析代码、调试问题,提供“身临其境”的沉浸式教学体验,可扫描书中二维码观看。
    (10) 新形态教材,配套资源丰富,包括教学大纲、PPT课件、教学视频、开发实例、开发软件、芯片手册等,可扫描前言下方二维码下载。
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  • 目录

    第1章嵌入式系统概述

    1.1单片机概述

    1.1.1单片机的定义

    1.1.2单片机与PC的对比

    1.2嵌入式系统

    1.3ARM是什么

    1.3.1ARM公司简介

    1.3.2ARM架构、ARM内核与ARM单片机

    1.3.3ARM CortexM3内核概述

    第2章STM32F103单片机概述

    2.1单片机的手册

    2.2STM32F103单片机体系结构概述

    2.2.1ARM CortexM3内核

    2.2.2STM32F103单片机系统架构

    2.3什么是CMSIS

    2.4STM32固件库

    基础篇

    第3章嵌入式程序设计中的C语言

    3.1整型

    3.1.1整型的位宽

    3.1.2访问硬件模块的寄存器

    3.2volatile关键字

    3.2.1C语言编译器的优化功能

    3.2.2用volatile关键字避免优化

    3.3结构体数据类型

    3.3.1struct关键字

    3.3.2访问单片机片上外设寄存器

    3.4枚举数据类型

    3.5static关键字

    3.5.1静态全局变量

    3.5.2静态局部变量

    3.5.3静态函数

    3.6宏定义

    3.7条件编译与头文件

    3.7.1条件编译指令

    3.7.2头文件

    3.8变量在哪里

    3.8.1堆、栈和静态区

    3.8.2单片机中变量的存储空间分配

    第4章第一个STM32 项目

    4.1开发环境与所需硬件

    4...

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