前言

意法半導(dǎo)體公司（ST）作為第一家與Arm公司合作正式出品Cortex-M3內(nèi)核微控制器的半導(dǎo)體器件公司，于2007年推出STM32F1系列微控制器芯片。此后十余年，以STM32為代表的Cortex-M內(nèi)核微控制器逐漸在全球通用32位微控制器市場占據(jù)了主導(dǎo)地位，并不斷向下侵蝕了8位單片機的市場。

為了適應(yīng)微控制器市場的這一發(fā)展趨勢，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)在2012年開設(shè)了以STM32微控制器為學(xué)習(xí)對象的“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”課程。毫無疑問，微控制器相關(guān)課程是高職電子類專業(yè)教學(xué)計劃的重要內(nèi)容，目前深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)設(shè)置的微控制器相關(guān)課程體系如下表所示。

在學(xué)校實際教學(xué)以及與兄弟院校的交流過程中，對于以上課程體系的設(shè)置存在一定爭議。有觀點認為，既然目前51單片機的市場空間已經(jīng)大大萎縮，不如直接將STM32作為微控制器教學(xué)的入門課程。

針對此觀點，我校通過社團選修課的形式進行了積極嘗試，發(fā)現(xiàn)即使是選拔成績較好、具有較高學(xué)習(xí)熱情的學(xué)生，也很難直接從STM32入手進行微控制器內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

經(jīng)過調(diào)查和分析，我們發(fā)現(xiàn)造成學(xué)習(xí)困難的原因主要有兩個：第一，STM32微控制器本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，學(xué)生感到難以理解；第二，基于STM32的嵌入式編程涉及的C語言知識點過多，學(xué)生在有限的課時內(nèi)難以全面掌握。

另外，經(jīng)過市場調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)雖然51單片機作為通用處理器的市場空間已大為壓縮，但是在很多追求性價比的專用控制器上，51單片機仍舊占據(jù)著非常大的市場份額。

基于以上事實，我們認為51單片機的教學(xué)在高職電子類專業(yè)整個微控制器課程體系中仍是不可或缺的。在一個簡單結(jié)構(gòu)上先進行微控制器的學(xué)習(xí)，并以此來掌握C語言編程的基礎(chǔ)知識是比較容易讓學(xué)生接受的。

由此我們明確了STM32課程在整個微控制器課程教學(xué)體系中的定位，就是在“基于51單片機C語言編程”課程的基礎(chǔ)上，使學(xué)生具備面對復(fù)雜對象的嵌入式C語言編程能力。

結(jié)合高職電子類專業(yè)學(xué)生的實際情況，我們針對本書的內(nèi)容設(shè)計確定了以下原則。

1. 以應(yīng)用為中心，有所為有所不為。不糾結(jié)于STM32微控制器的原理細節(jié)，不在書中簡單復(fù)制和堆砌STM32微控制器的知識點，而是注重學(xué)生的快速入門和實際編程能力的培養(yǎng)。

2. 在具備基本C語言編程能力的前提下，著重加強在基于STM32的嵌入式C語言編程中常用的宏指令、結(jié)構(gòu)體、指針等內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

3. 強化編程規(guī)范的學(xué)習(xí)，注重學(xué)生良好編程習(xí)慣和編程風(fēng)格的養(yǎng)成。

4. 教學(xué)項目的內(nèi)容編排落實在一個具體的“帆板角度測量與控制裝置”上，此裝置以全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的賽題為藍本，將STM32目標板作為整個裝置的控制核心，盡可能將STM32微控制器的編程落實到直觀具體的控制對象上，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確課程的學(xué)習(xí)目的。

5. 考慮到一部分不方便使用“帆板角度測量與控制裝置”進行實踐的讀者，本書所有教學(xué)項目都設(shè)計為可以獨立在STM32目標板上完成。

6. 教學(xué)項目的內(nèi)容編排除了關(guān)注STM32微控制器外設(shè)的編程，還根據(jù)實際應(yīng)用的需求，加入了彩色LCD顯示、Wi-Fi串口模塊、物聯(lián)網(wǎng)云平臺的使用等內(nèi)容。

7. 在大部分教學(xué)項目結(jié)束時，都給出了相應(yīng)拓展項目的要求和提示。設(shè)置拓展項目的目的一方面是為了鞏固學(xué)習(xí)效果，另一方面是在實施過程中找出問題，為后續(xù)項目的學(xué)習(xí)做鋪墊。

本書分為基礎(chǔ)篇和應(yīng)用篇兩大部分，教材內(nèi)容按照基礎(chǔ)篇的專題介紹和應(yīng)用篇的實訓(xùn)項目展開，但并不意味著實際教學(xué)需要嚴格按照教材目錄的編排順序。在課時有限的情況下，可以直接依托實訓(xùn)項目展開教學(xué)，每個項目的內(nèi)容已經(jīng)足以支撐教學(xué)的進行（項目中的一些知識點是對前面專題內(nèi)容的延伸，如實訓(xùn)項目1中關(guān)于STM32標準外設(shè)庫的精簡結(jié)構(gòu)介紹）。而基礎(chǔ)篇的專題可以有選擇地穿插在實訓(xùn)項目的教學(xué)中，下表列出了推薦的教學(xué)順序（共計64課時）。

關(guān)于本書教學(xué)對象的選擇有兩個問題需要做出說明。

1. 為什么選擇STM32F103系列芯片？

自從2007年ST公司推出第一款Cortex-M3內(nèi)核的STM32F1xx微控制器至今已逾十年，雖然其后ST公司也陸續(xù)推出了基于Cortex-M4內(nèi)核的STM32F4xx微控制器和基于Cortex-M7內(nèi)核的STM32F7xx微控制器，但是從性價比的角度來看，STM32F1xx微控制器仍然是市場的絕對主流，目前仍不斷有新型號推出。在可預(yù)見的相當長一段時間內(nèi)，只要對終端設(shè)備的運算能力需求沒有本質(zhì)性的提高，其主流地位仍將持續(xù)。

2. 為什么是標準外設(shè)庫而非HAL庫？

使用外設(shè)驅(qū)動函數(shù)庫進行編程是STM32微控制器編程非常重要的特色，外設(shè)驅(qū)動函數(shù)庫也從標準外設(shè)庫發(fā)展到了更為抽象化并融入了面向?qū)ο笏季S的HAL庫。但是從企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的慣性來看，占據(jù)市場主流地位的STM32F1xx和STM32F4xx微控制器仍然普遍使用標準外設(shè)庫進行編程，這也是本書選用標準外設(shè)庫而非HAL庫進行教學(xué)的主要原因。

本書的適用對象為具備基本單片機和C語言編程知識的高職院校電子與控制類專業(yè)學(xué)生。

本書由孫光擔(dān)任主編，肖迎春、曾啟明擔(dān)任副主編，王靜霞擔(dān)任主審，曾日揚、李堅等為本書實訓(xùn)項目的完善做出了重要貢獻，在此一并感謝。