嵌入式系统综合设计：基于STM32系列微控制器

本书以STM32系列微控制器为核心，通过超声波雾化器、盐度计、糖度检测仪、太阳能灯、物联网音乐时钟、OCR智能相机、电动汽车EPB系统等7大综合项目，全面解析嵌入式系统开发的全流程。从GPIO、ADC、传感器驱动到CAN总线、FreeRTOS、图像压缩传输等关键技术，书中均提供详实的硬件设计思路与代码实现。特别适合有一定基础的开发者深入实战，同时兼顾高校学生与爱好者入门提升。每个案例均源自实际产品需求，融合物联网、汽车电子等热门领域，助你快速掌握嵌入式系统设计的核心技能，突破技术瓶颈。

目录

第1章 嵌入式系统开发基础 1
1.1　基本概念 1
1.1.1 什么是嵌入式系统 1
1.1.2 什么是嵌入式系统设计 4
1.1.3 固件和嵌入式软件 5
1.1.4 嵌入式软件的开发调试流程 7
1.1.5 FPGA设计 7
1.2　GPIO 8
1.3　最简单的设计：八段数码管显示 10
1.4　模拟信号的处理 14
1.4.1 利用运算放大器处理模拟信号 14
1.4.2 利用ADC处理模拟信号 17
1.4.3 利用模拟开关处理模拟信号 18
1.5　数字电位器 19
1.6　电子产品设计的特点 20

第2章 超声波雾化器的开发 22
2.1　技术需求 23
2.2　硬件设计 24
2.2.1 硬件选型 24
2.2.2 超声波雾化器硬件设计 25
2.3　软件设计 28
2.4　本章小结 32

第3章 便携式盐度计的开发 33
3.1　便携式盐度计简介 33
3.2　设计思路 34
3.3　检测原理 35
3.4　硬件设计 36
3.4.1 LCD设计 38
3.4.2 HT1621的内部RAM 40
3.4.3 液晶驱动程序设计 42
3.5　便携式盐度计电路原理图设计 46
3.5.1 电源、检测和微控制器部分 46
3.5.2 按钮消抖 48
3.5.3 主程序 50
3.5.4 主程序代码 51
3.6　本章小结 74

第4章 糖度检测仪的开发 75
4.1　检测原理 75
4.2　主流程设计 76
4.3　算法设计与数据处理 78
4.3.1 检测数据的处理 78
4.3.2 明暗分界线的确定 80
4.3.3 数据滤波 82
4.3.4 算法设计 83
4.3.5 获取明暗交界线位置 83
4.3.6 糖度和位置关系的确定 85
4.3.7 误差和精度 86
4.4　硬件设计 86
4.5　软件设计 88
4.5.1 GPIO初始化函数 88
4.5.2 ADC初始化函数 90
4.5.3 按钮部分 93
4.5.4 主程序代码 94
4.6　本章小结 107

第5章 手提式太阳能灯的开发 108
5.1　需求分析 109
5.1.1 太阳能灯I/O参数 109
5.1.2 充放电部分 109
5.1.3 照明部分 110
5.1.4 电池充电参数 110
5.1.5 保护功能 110
5.2　器件选型和方案的准备 111
5.2.1 微控制器的选型 111
5.2.2 升压芯片选型 111
5.2.3 USB外设插入检测 111
5.2.4 USB输出的保护 112
5.2.5 LED照明部分设计 112
5.2.6 充电指示灯和电量指示灯设计 112
5.3　硬件设计 113
5.4　软件设计 117
5.4.1 ADC滤波 117
5.4.2 电池管理 118
5.5　本章小结 127

第6章 物联网智能音乐时钟的开发 128
6.1　需求和方案的确定 128
6.1.1 产品功能定义 128
6.1.2 物联网智能音乐时钟的核心功能定位 130
6.1.3 芯片选型 131
6.1.4 显示方案设计 133
6.2　硬件设计 142
6.2.1 微控制器部分 142
6.2.2 显示部分 143
6.2.3 模拟音频部分及电源 144
6.2.4 PCB设计 145
6.3　软件设计 146
6.3.1 I/O口功能定义 146
6.3.2 用STM32CubeMX创建新的项目 147
6.3.3 引脚配置 148
6.3.4 A/D转换配置 149
6.3.5 SPI芯片和串口配置 150
6.3.6 USB配置 151
6.3.7 外部中断配置 151
6.3.8 SPI芯片的操作 151
6.3.9 显示子程序 153
6.3.10 包含光标闪烁功能的显示程序 154
6.3.11 专用动态扫描芯片的操作 156
6.3.12 单线串行外设编程 156
6.3.13 按钮输入处理 159
6.3.14 语音播报芯片的内容定义 165
6.3.15 数据格式定义 167
6.3.16 无线网络数据接收处理 172
6.3.17 将数据保存到F6-58的内部Flash中 173
6.4　MP3音乐播放程序 176
6.5　GPS外设的操作 178
6.6　窄带物联网外设接口 181
6.6.1 物联网部分的设计 181
6.6.2 基于M5311的窄带物联网 190
6.6.3 通信的测试过程 192
6.7　USB驱动设计 194
6.7.1 USB虚拟串口接收部分 194
6.7.2 基于custom_HID的USB驱动程序设计 196
6.8　物联网智能音乐时钟C#上位机程序设计 199
6.8.1 上位机通过USB和闹钟通信 199
6.8.2 USB事件处理 200
6.8.3 上位机通过Wi-Fi发送数据 205
6.8.4 数据包的定义 208
6.8.5 音乐播放文件的JSON格式 210
6.9　本章小结 211

第7章 OCR物联网智能相机的开发 212
7.1　硬件方案选择 213
7.2　硬件设计 213
7.3　电源和窄带物联网板程序的设计说明 219
7.4　主板程序设计 221
7.4.1 主板程序介绍 221
7.4.2 项目工程介绍 222
7.4.3 内存的分配 224
7.4.4 LCD的驱动 227
7.4.5 电容触摸屏的驱动 227
7.4.6 电容触摸屏读取函数 228
7.4.7 电容触摸屏控制器初始化函数和触摸事件检测函数 230
7.4.8 拍照处理 231
7.4.9 图像的存储 236
7.4.10 图像的压缩传输 238
7.4.11 将JPEG格式图像编码为Base64 238
7.4.12 发送前的手工测试 240
7.4.13 图像的发送 241
7.4.14 FreeRTOS相关的编程 245
7.5　GUI的设计 248
7.5.1 MVP架构 249
7.5.2 LCD GUI的整体功能 249
7.5.3 图像裁剪模块中演示者层、视图层与模型层的交互 251
7.6　本章小结 252

第8章 EPB系统的开发 253
8.1　功能需求 254
8.2　EPB系统硬件 255
8.2.1 电气原理图 255
8.2.2 EPB系统的硬件架构 255
8.2.3 EPB系统的主要工作参数 256
8.2.4 接插件的各项定义 256
8.3　CAN总线 257
8.3.1 CAN总线简介 257
8.3.2 差分信号 258
8.3.3 CAN总线的数据帧 259
8.3.4 仲裁 260
8.3.5 CAN总线的信号传输 261
8.4　EPB系统的设备主程序 262
8.5　EPB系统的业务流程简介 266
8.5.1 process函数的业务流程 266
8.5.2 静态驻车功能 266
8.5.3 起步辅助和应急功能 269
8.5.4 自动驻车功能 270
8.6　CAN总线通信的处理 271
8.6.1 CAN总线的初始化 271
8.6.2 fdcan1_config函数的定义 273
8.6.3 配置过滤器 274
8.6.4 CAN总线发送数据的函数 277
8.6.5 CAN总线的接收中断处理函数 278
8.6.6 CAN总线周期性发送数据的函数 279
8.7　基于C#的CAN总线测试程序 280
8.7.1 上位机CAN总线测试系统的初始化 280
8.7.2 发送数据帧 281
8.7.3 模拟汽车状态发送 282
8.8　本章小结 286