DshanMCU-F407

来自百问网嵌入式Linux wiki

F407学习路线指引:

前言

STM32F407 是 STMicroelectronics 公司推出的一款高性能、低功耗的微控制器,基于 ARM Cortex-M4 内核,具备丰富的外设接口和强大的处理能力,非常适合作为嵌入式开发的入门和进阶学习平台。所以推出DshanMCU-F407开发板,以通过 STM32F407 开发板,可以系统地掌握嵌入式开发中的硬件基础、实时操作系统(RTOS)的应用,以及多任务调度和性能优化等技术,逐步培养从事嵌入式项目开发的能力。

本学习路线旨在帮助初学者和有一定基础的开发者,循序渐进地掌握单片机开发技能,从基础的硬件操作到实时操作系统的实战,最终能够独立完成复杂的嵌入式项目开发。通过学习 STM32F407,不仅可以锻炼技术能力,更为今后的嵌入式开发职业生涯奠定坚实基础。

1.什么是单片机

单片机(Microcontroller Unit,MCU)是一种集成了处理器、存储器、输入输出接口等功能的微型计算机系统,通常用于控制电子设备。它相当于一个微型计算机,在一块集成电路芯片中包含了处理数据的中央处理单元(CPU)、存储单元(ROM、RAM)、输入输出端口(GPIO)、定时器串口A/D转换器等外设。

单片机具有以下特性:

  • 嵌入式控制功能:可以独立执行特定任务,如控制电机、处理传感器数据等。
  • 体积小、成本低:适合用于对计算能力要求不高、但需要控制功能的应用场景。
  • 广泛的应用领域:广泛应用于家电、汽车电子、工业自动化、医疗设备等领域。

单片机的工作场景

2.为什么要学习单片机

1.嵌入式开发的基础 单片机是嵌入式系统开发的基础,学习单片机开发能够帮助理解硬件控制、通信协议、实时操作系统等关键技术,是进入嵌入式行业的第一步。

2.电子产品的核心 单片机在许多现代电子设备中扮演着控制核心的角色,包括家电、智能设备、工业控制、汽车电子等。通过学习单片机,能够掌握电子设备的底层工作原理和开发方法。

3.提升解决实际问题的能力 单片机开发是将硬件和软件结合的过程,通过学习,可以锻炼从硬件电路设计到软件开发的综合能力,解决实际控制系统中的问题。

4.广阔的职业前景 在物联网、智能硬件、工业自动化等领域,单片机开发工程师需求量大。掌握单片机开发技能将为你打开嵌入式工程师、电子工程师、硬件工程师等职业的大门。

5.应用范围广 单片机应用非常广泛,覆盖消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、航空航天等各个领域。学习单片机能够让你具备设计和开发各种嵌入式控制系统的能力。

学习单片机的具体好处

  • 低门槛,容易入手:单片机开发相对其他嵌入式系统来说起点较低,适合初学者。
  • 实际动手能力:学习单片机不仅仅是理论知识,还包括硬件调试和软件开发,锻炼动手能力。
  • 全栈能力:掌握单片机后,可以从底层硬件到高层应用进行完整的系统开发。
  • 适应技术趋势:随着物联网、智能家居等领域的发展,单片机的应用日益广泛,学习它能让你跟上技术潮流。

3.单片机在生活中的使用场景

  • 智能家居:空调、智能灯具、扫地机器人等产品中,单片机负责处理各种传感器数据和设备控制。

  • 工业自动化:工厂中的PLC控制系统通常基于单片机来控制各种传感器和执行器,实现生产自动化。

  • 消费电子:手机、智能手表、无人机等产品中,单片机是主要的控制单元,负责设备的各项功能处理。

  • 医疗设备:便携式医疗设备,如血压计、血糖仪等,通常使用单片机进行数据处理和显示。

4.学习单片机要有哪些知识储备

  • C语言基础:单片机开发以 C 语言为主,因此熟练掌握 C 语言是开发的前提。

  • 电子电路基础:理解基本的电子元器件如电阻、电容、二极管、三极管等,以及它们的工作原理,能够帮助你理解硬件部分。

  • 嵌入式基础知识:了解嵌入式开发的基本流程、存储结构和外设接口等。

  • 数据手册阅读:学会阅读芯片的数据手册和参考手册,获取关键技术细节。

5.学习路线

1.DshanMCU_F407资源罗列

核心板资源:

DshanMCU-F407核心板是一款高性能开发板具有丰富的资源主芯片具有高达168 MHz的时钟频率和1MB的闪存,以及192 KB的RAM,提供强大的处理能力。

有着SRAM、SPI NORFlash、EEPROM、TF-Card存储卡槽扩展存储以及LCD屏幕、摄像头等输入显示接口,并且DshanMCU开发板集成了“CH343P” USB 转串口芯片。有了此芯片我们可以实现串口通信,USB下载等功能。

F407核心板

底板资源:

DshanMCU-F407底板是一个集成了多种传感器和模块的多功能开发板,适用于各种嵌入式项目和原型设计。有了这个底板和这些模块,我们就能方便的利用这些资源来实现复杂的功能和创新项目。

学习路线简图

2.学习路线图

F407开发板主图

下面是一个简易的路线图,实现了一个从入门到进阶,从裸机到操作系统这样的一个路线,这个路线旨在帮助我们从基础的硬件(HAL)入门,逐步过渡到使用实时操作系统(RTOS)进行更高级的项目开发,课程会在下面详细说明。

6.教程介绍

1.HAL快速入门与项目实战(打基础)

  • 学习 STM32F4 系列微控制器的硬件特性。
  • 掌握HAL库的基本概念和使用方法,为后面深入学习做好铺垫
  • 通过实际项目实战,加深对 HAL 库和微控制器的理解。

本课程不提供视频教程,只提供文档,如需视频教程,可参考DshanMCU-F103(HAL快速入门与项目实战),都是ST的芯片,课程与硬件关系不大。

视频链接:

百问网: https://fnwcn.xet.tech/s/1qB5Z6

B站:https://www.bilibili.com/video/BV1Jw411i7Fz

程序目录: 详见右侧图片

HAL库示例源码

2.FreeRTOS 入门与工程实践

  • 学习实时操作系统(RTOS)的基本概念和原理。
  • 理解 FreeRTOS 的任务管理、调度、同步机制(如信号量、互斥锁)。
  • 通过基于 DshanMCU-F407 的项目,实践 FreeRTOS 的应用,包括任务创建、任务调度和实时性能等调优,巩固FreeRtos内部机制。

本课程不提供视频教程,只提供文档,如需视频教程,可参考DshanMCU-F103(FreeRTOS 入门与工程实践),都是ST的芯片,课程与硬件关系不大。

视频链接:

百问网:https://www.100ask.net/detail/p_5f85731ee4b06aff1a03d3d3/8

B站:https://www.bilibili.com/video/BV1V54y1C7hq

程序目录: 详见右侧图片

FreeRTOS示例源码

3.RT-Thread 入门与工程实践

  • 学习 RT-Thread 操作系统的架构和特性。
  • 掌握 RT-Thread 的组件和 API,包括线程管理、内存管理、文件系统等。
  • 通过基于 DshanMCU_F407 的项目,实践 RT-Thread 的应用,包括设备驱动开发、应用开发和系统配置等。

程序目录: 详见右侧图片

RT-Thread示例源码

7.跟据课程能锻炼哪些能力

根据课程的内容,可以通过 STM32F407 开发板锻炼以下能力:

1. 基础硬件操作能力(HAL 库快速入门)

  • 目标:通过学习 HAL 库,掌握 STM32F4 的基本硬件特性。
  • 提升能力:
    • 配置 STM32F407 的基本外设,如 GPIO、串口、定时器、ADC/DAC 等。
    • 通过实际项目(如 LED 控制、串口通信、PWM 控制等)加深对硬件配置的理解。
    • 掌握调试技巧,如如何通过调试工具定位程序中的问题。

2. 实时操作系统开发能力(FreeRTOS 实战)

  • 目标:学习 FreeRTOS 实时操作系统,掌握任务调度、任务优先级、信号量、互斥锁等机制。
  • 提升能力:
    • 学习如何创建和管理任务,理解任务调度和优先级的关系。
    • 通过实践信号量、队列等 IPC(进程间通信)机制,解决多任务之间的通信问题。
    • 实践复杂实时控制项目,例如多任务协同工作、传感器数据采集与处理。

3. 多线程开发与系统调优能力(RT-Thread 实战)

  • 目标:通过 RT-Thread 实现多线程开发,掌握嵌入式操作系统的内核架构与任务管理。
  • 提升能力:
    • 理解线程的创建、调度与销毁,学习线程间的通信与同步机制。
    • 实践设备驱动开发,掌握 RT-Thread 在设备资源管理上的应用。
    • 探索文件系统、内存管理等高级功能,为后续复杂项目开发奠定基础。

4. 复杂外设和多功能模块的应用

  • 目标:在实际项目中,学会配置和使用 STM32F407 上的复杂外设和多功能模块。
  • 提升能力:
    • 学习如何驱动常用外设,如 I2C、SPI、CAN、USB、以太网等,理解不同通信协议的应用场景和优劣。
    • 实践多传感器数据融合,利用 F407 的高速性能实现实时数据采集与处理。

5. 嵌入式系统性能优化能力

  • 目标:学会如何优化系统性能,管理资源,处理复杂应用场景。
  • 提升能力:
    • 学习如何优化任务的优先级配置,减小系统的响应时间,提高实时性。
    • 了解低功耗设计技巧,使用 STM32F407 的低功耗模式管理能耗,适应电池供电的应用场景。
    • 深入了解内存管理与堆栈优化,确保多任务执行时系统的稳定性和高效性。

6. 完整项目开发能力

  • 目标:通过从简单到复杂的项目实战,锻炼完整的项目开发能力。
  • 提升能力:
    • 完成从硬件设计、外设配置到软件开发的完整流程,学会如何从无到有搭建一个嵌入式系统。
    • 掌握调试和故障排除的技能,能够自主定位并解决开发中的问题。
    • 在项目中学习如何管理和优化代码,提高开发效率。

总结

选择 DshanMCU-F407开发板能够全面锻炼嵌入式开发中的硬件操作、实时系统开发、多任务管理、性能优化等核心能力。通过基于 F407 的课程,能够打下坚实的嵌入式系统开发基础,逐步掌握从简单项目到复杂系统的开发流程,适合从入门到进阶的学习者,也能为今后的职业发展奠定基础。

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