Cortex-M4 课程体系介绍 

Cortex-M4 是 ARM 公司推出的新的针对微控制器应用的内核，提供业界领 先的高性能和低成本的解决方 案，将成为 MCU 应用的热点和主流。 基于 Cortex-M4 的芯片功能强大，软件复杂度也相应提高，传统的单片机编程方式不能够满足需求。uC/OSII 是著名的源码公开的实时内核，是专为嵌入式应用设计的，可以运行在多种微控制器上。 本课程将 Cortex-M4 和 uC/OSII 完美结合，更好的发挥出它们各自的特点,选取目前流行的意法半导体的 STM32F407 作为实验平台。 本课程的培训目标： 1) 了解 Cortex-M4 体系结构及 thumb-2 指令集； 2) 掌握在 Cortex-M4 体系结构上进行嵌入式编程的方法； 3) 精通 STM32F403 处理器各个外设软件设计； 4) 了解 uC/OS-II 操作系统工作原理，掌握 uC/OS-II 操作系统移植方法； 5) 精通 uC/OS-II 操作系统上的编程方法及编程技巧； 6) 能独立完成基于 Cortex-M4、M4 构架 CPU 的软件项目设计；  

通过系统的课程学习，加以项目实战，让没有 ARM 编程基础和实际工作经验的大专以上学历的学员在 2 到 3 个月的时间内迅速获得 1-3 年的 ARM 开发经验，具备实际 ARM 开发的能力，胜任开发工作，让学员学完后就 以具有 1-3 年开发经验的 ARM 工程师身份进入工作岗位。 

培训对象： 

1) 理工科电子类专业人员； 

2) 在职单片机设计、开发人员；

3) 有志于从事 ARM 工作的在职人员； 

4) 相关专业学生、教师及社会广大 ARM 爱好者。 

第一部分 ARM Cortex-M4 硬件基础 2 周 

1. Cortex-M4 介绍，开发环境搭建，GPIO 模块实战

 1) 嵌入式发展前景 2) ARM 家族成员特征介绍（ARM7/9/11,A8/9/15/53/57,M0/3/7） 3) Cortex-m4 内核体系结构 4) 处理器内核介绍、处理器工作模式、处理器异常处理 5) Keil MDK 开发环境安装和 J-link 仿真驱动安装 6) 新建工程和 Keil MDK 开发环境使用详细说明 7) 开发平台资源介绍及使用方法 8) STM32F407 时钟体系，时钟管理 9) STM32F407 GPIO 功能、结构框图详解 10) STM32F407 GPIO 功能配置步骤和寄存器详解 

2. STM32F407 UART 模块实战

 1) 常用通信协议分类及其特征介绍：同步，异步 2) 通用 UART 特征，及 UART 编程模型 3) STM32F407 UART 模块系统框架图、 UART 特征介绍 4) STM32F407 UART 模块寄存器作用详解 5) STM32F407 UART 硬件设计原图分析、软件设计框架 

3. STM32F407 中断模块实战

 1) Cortex-M4 中断体系分析、 STM32 中断结构分析 2) 中断相关 API 函数使用详解、 NVIC 中断控制配置方法 3) STM32F407 外部中断模块框架分析、 STM32F407 外部中断寄存器详解 4) STM32F407 软件中断设计 5) STM32F407 串口中断设计 

4. STM32F10X DMA 模块 

1) DMA 概述和 DMA 工作原理 2) STM32F10X DMA 模块基本特征、框架图分析和功能介绍 3) STM32F10X DMA 处理：DMA 通道映射、通道中断标志、中断事件、通道错误管理和仲裁器 4) STM32F10X DMA 寄存器详解 5) 串口 DMA 发送数据软件设计和串口 DMA 接收数据软件设计 

5. STM32F10X SystemTick 定时器，基本定时器模块

 1) STM32F407 SystemTick 定时器背景介绍、工作原理 2) STM32F407 SystemTick 定时器相关寄存器详解 3) STM32F407 SystemTick 定时器进行精确定时程序设计 4) STM32F407 定时器分类 5) STM32F407 各类定时器基本特征、 系统框架图详细分析和寄存器详解 6) STM32F407 基本定时器定时功能软件设计 7) STM32F407 通用定时器 

6. ADC 模数转换模块

 1) 通用 ADC 模数转换器(ADC)的基本原理 2) STM32F407 ADC 模块简述、主要特征和框架图分析 3) ADC 开关控制、时钟配置和通道选择 4) ADC 精度校准介绍 5) 单 ADC 工作模式详解、双 ADC 工作模式介绍 6) 单 ADC 实验软件设计及分析 

7. STM32F407 RTC 和系统定时器模块实战 

1) 常用 RTC 芯片介绍 2) STM32F407 RTC 模块介绍、硬件电路分析 3) STM32F407 RTC 时钟源配置详解、系统框架图分析 4) STM32F407 RTC 备份域功能介绍、寄存器详解 5) STM32F407 RTC 应用设计 

8. STM32F407 IIC 模块实战 

1) I2C 总线知识 2) I2C 总线物理拓扑结构、总线特征 3) I2C 总线协议 4) I2C 总线模块时序编程-IO 口模拟 5) AT24C02 EEPROM 基本功能介绍 6) IO 口模拟 I2C 总线是实现对 EEPROM 芯片 AT24C02 读写操作 

9. STM32F407 SPI 模块实战 

1) SPI 总线物理拓扑结构、总线特征 2) SPI 总线协议 3) STM32F407 SPI 控制器结构图分析、初始化设置步骤分析 4) STM32F407 通过 SPI 控制器实现对 W25Q64 读写操作 

10. TFTLCD 模块实战

 1) LCD 彩屏屏种类介绍、 TFT 屏工作原理、时序图分析 2) LCD 画点、线、基本形状软件设计 3) 取模软件使用、LCD 显示字符、汉字软件设计 4) TFT 显示图片实验、数码相框项目实验 

11. 触摸屏模块实训 

1) 触摸屏分类介绍 2) 电阻式触摸屏工作原理介绍 3) 触摸屏初始化、校准方式介绍 4) 触摸按键软件设计 

第二部分：Cortex-M4 高级进阶 2 周 

1. STM32F407 看门狗定时器 

2. STM32F407 DAC 数模转换功能 

3. STM32F407 CanBus 总线 

4. STM32F407 FSMC 功能模块 

5. uC/OSII（1）系统原理及裁剪 

6. uC/ OSII（2）系统 API 应用讲解 

7. uC/ OSII（2）系统移植 

第三部分：项目模块（根据项目选择） 

1. 语音模块应用及分析

 2. GSM 模块 

3. 蓝牙模块 

4. zigbee 模块 

5. Wifi 模块应用

6. 433M 模块分析及应用

7. wifi 摄像头模块应用 

8. 温度，湿度，人体感应， 

9. 心跳传感器，脉搏传感器， 

10. 红外编码、解码 

11. FATFS 文件系统应用

12. FATFS 文件系统应用 

13. ucGUI/ STemWin 学习 

14. ucGUI/ STemWin 学习 

15. ucGUI/ STemWin 学习

第三部分：项目列表 

项目 1：无线点菜机 

项目 2：MP3 项目 

项目 3：GSM 短信收发系统 

项目 4：防盗报警系统 

项目 5：驾校考试管理系统 

项目 6：蓝牙打印机项目 

项目 7：智能家居项目 

项目 8：可穿戴项目（智能手表或智能手环）。 

第四部分：Cortex-M4 项目实战 2 周 

项目 1：无线点菜机 

项目介绍 

1. 采用意法半导体 M4 芯片 STM32F403RBT6 作为系统主控。 

2. 支持一键开关机（长按 ENT 键开关机）。

 3. 显示器采用 2.0 寸 TFTLCD 屏，分辨率 220*176。驱动芯片为 ILI9341。

 4. 显示器亮度可任意调节，采用定时器输出 PWM 控制亮度技术。 

5. 电量显示，采用 M3 主控自带 12 位 A/D 转换监控电池电量。 

6. 九宫格实体按键。

 7. 当长时间（时间可设置）不操作时自动关屏进入省电模式。 

8. 通过 433 无线通信技术实现跟服务器通信（更新菜谱、发送餐台已点菜菜单、查询餐台信息、催菜、接 收服务器发送的短信等） 

9. 支持汉字显示，使用 SPI 接口 flash 芯片 W25Q64 存储汉字库。10. 支持点菜机终端存储菜谱、本机参数设置储存，使用 SPI 接口 flash 芯片 W25Q64 存储汉字库。 

11. 支持本机登录账号管理。 

12. 支持时间显示，时间由系统主控提供，可通过手动调节或者 433 无线通信更新系统时间。 

13. 预留升级调试接口（CMOS 电频 UART）。 

项目 2：MP3 项目 

项目介绍： 

本设计的程序部分首先是移植 UCOS-II 实时控制系统进行任务的调度，移植 GUI 界面进行绘制操作界面，移 植 FatFs 文件管理系统进行对 SD 卡和 FLASH 进行读写。就是通过 UCOS-II 进行调度这些任务来最终呈现出一个稳 定的、可控的系统。具体参数如下： 1. 采用意法半导体 M4 芯片 STM32F403ZET6 作为主控芯片 2. 采用 VLSI 公司的 VS1053B 作为 MP3 硬件解码芯片 3. 采用 ISSI 的 IS62WV51216 作为系统的数据缓存芯片 4. 采用 2.8 英寸的 TFT 显示屏，分辨率 240*320，驱动器为 ILI9341 5. 采用华邦的 W25Q64 作为系统的数据储存芯片，存储字库，编码转换库，补丁文件…… 6. 操作系统采用 UCOSII 7. 文件系统采用 FATFS 8. 支持界面图标切换系统功能 9. 采用 bmp 图片作为界面图标 10. .支持触摸屏/红外遥控输出控制 11. .支持后台播放音乐 

项目 3：GSM 短信收发系统 

项目介绍： 

随着生活节奏的加快和生产效率的提高， 不在一线现场也能及时了解一手资料， 以便及时处理生产生活 过程中的突发事件，是现代控制系统发展的趋势， 也是人们对现代生活便捷性追求的目标。随着手机的广泛普及， 需要有一种方式让人们只需要增加少量投入便可以通过手机远程控制家里的电器或生产现场的设备， 远程 查看设备或安防系统状况， 以降低时间和交通成本， 提高工作效率。同时， 一旦家中发生非法入侵、 火灾

 煤气泄漏等安全事故时手机用户能够在短时间内获知险情， 及时处理。为此本项目设计了一种基于 STM32 和 SMS 的短信收发系统， 在 ST 公司基于 ARM Cortex-M4 内核的嵌入式 CPU 上实现 GSM 短信的收发， 以便处 理用户发送短信控制设备， 和设备异常时发送通知消息到用户的情况， 实现用户和设备间的双向通信处理。 本系统采用 STM32 短信收发系统由 CPU 模块、 电源模块、 短信收发模块、 时钟模块、 后备电源模块、 键盘模块、 LED 指示模块、驱动模块、 检测模块等模块组成。

具体设计方案： 

1. 采用 STM32F403ZET6 作为主控。 2. 采用 SIM900A 作为 GSM 无线网络控制的核心芯片。 3. 显示器采用 2.8 寸 TFTLCD 屏，分辨率 240*320。驱动芯片为 ILI9341。 4. 电阻式触摸屏，驱动芯片 XPT2046。 5. 主控通过接收触摸按键（LCD 显示、触摸屏识别）控制 GSM 模块收/发短信、接/打电话

项目 4：防盗报警系统 

项目介绍： 

本系统主要由 STM32 和 GSM 短信模块组成，借助可靠、成熟的 GSM 移动网络，以直观的中文短消 息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主 动式红外传感器进行检测，变有形的 传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。 并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃 气泄漏的作用。

目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，例如： 为其它没有安防盗 窗的相近楼层形成被盗隐患、 发生火灾时不易逃生等。 随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发 展。而各种防盗报警 系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行 通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的 通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等 等。

但它们有各自的缺点：

 1. 固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。

 2. 以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及。 

 3. 集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要购买固定的频点。 针对以上通信方式的优、缺点，本项目设计了基于 GSM 短信模块的家庭无线防盗报警系统。此系统可解决 这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话执行 报警，而是借助可靠、成熟的 GSM 移动网络，以直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式红 外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄 漏 传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。 

1. 采用 STM32F403ZET6 作为主控。

2. 采用 SIM900A 作为 GSM 无线网络控制的核心芯片。 

3. 显示器采用 2.8 寸 TFTLCD 屏，分辨率 240*320。驱动芯片为 ILI9341。 

4. 电阻式触摸屏，驱动芯片 XPT2046。 

5. 主控通过接收触摸按键（LCD 显示、触摸屏识别）控制 GSM 模块收/发短信、接/打电话。 

项目 5：驾校考试管理系统  

项目介绍： 

  图 1.1 为驾校汽车考试管理系统的板子图片，该系统实现了夜间场景考试的内容。 

项目 6：蓝牙打印机项目 

项目介绍 

随着蓝牙技术的发展，人们越来越倾向于摆脱有线设备的束缚，但是受体积影响，唯独打印机并没有什么很好的解决方式。消费者对于这部分诉求越来越大。蓝牙打印机顺势而起，便携的方式，无线的打印方式，得到消费者强烈喜爱。便携蓝牙热敏打印机具有小巧外观、功能齐全、性能稳定、兼容性好等特点，是抄表、物流、金 融、邮政等行业的首先选择便携蓝牙热敏打印机。 打印性能： 1) 安卓手机蓝牙打印 2) 高速打印（打印速度高达 80mm/s） 3) 高清晰度打印（8 点/mm）每行 384 个点 4) 可打印内容:汉字，支持 GB2312 所有汉字,字 符集，ASCII 字符，条码、二维码等图形打印。 5) 采用 12v/2A 电源供电。 

 项目 7：智能家居项目 

项目介绍：（部分功能需用到 linux） 

该智能家居系统是源自 2014 年信盈达安防智能家居事业部设计的智能小区管理系统，主要分三部分： 

1.1 客户端：通过 WIFI、ZIGBEE、蓝牙和无线 433 模块和中控端无线连接 

1) 手机 APP（采用 Qt5+ Android 软件开发）； 2) 电脑管理系统（采用 C++和 QT 软件开发）； 3) 专用无线遥控器 主控 CPU 采用：家庭版采用 CORTEX-M4. 开发软件采用：家庭版采用 ucGUI 开发。 

1.2 中控端：通过无线 433 模块或 CANBUS 总线和终端连接 

主控 CPU 采用：家庭版采用 CORTEX-M4. 

1.3 终端：通过无线 433 模块或 CANBUS 总线和终端连接 

   1.照明电路：主控 CPU 采用 STM8 单片机 6.加湿器： 主控 CPU 采用 STM8 单片机 2.窗帘控制：主控 CPU 采用 STM8 单片机 7.厨房控制：主控 CPU 采用 CORTEX-M4 3.空调冰箱：主控 CPU 采用 CORTEX-M0/M3 8.功放音响：主控 CPU 采用 STC 系列单片机 4.安防监控：主控 CPU 采用 CORTEX-M4 9.楼宇对讲：主控 CPU 采用 CORTEX-M4/M4 5.红外报警：主控 CPU 采用 CORTEX-M4 10.节能系统：主控 CPU 采用 CORTEX-M4. 

项目 8：智能手表 

项目介绍 

智能手表，是将手表内置智能化系统、搭载智能手机系统而连接于网络而实现多功能。目前市面上的智能手 表可大致分为两种： 1) 不带通话功能的：依托连接智能手机而实现多功能，能同步操作手机中的电话、短信、 邮件、照片、 音乐等； 2) 带通话功能的：支持插入 SIM 卡，本质上是手表形态的智能手机； 智能手表是一种全新形态的智能终端，由硬件加软件组成的腕上数码产品： 1) 硬件决定性能，决定竞争力，更新换代快。 2) 软件可增减，可更新，可变动，带来无限可能