STM32单片机培训课程大纲

一、课程总览

1.1 培训目标与收益

• 核心目标：掌握STM32单片机核心架构、常用外设工作原理，熟练使用开发工具完成GPIO、串口、定时器等外设配置，能独立开发基础工程项目，适配嵌入式单片机开发相关岗位需求。
• 核心收益：夯实STM32单片机理论基础，提升实操开发能力，补齐嵌入式单片机专项技能短板，适配工业控制、智能硬件等领域发展需求，助力职业技能提升。

1.2 适用人群

二、核心培训内容（分专题授课，每个专题含“知识点+案例分析/演示”）

专题一：STM32基础认知与开发环境搭建（筑牢核心根基）

核心知识点

1. STM32基础认知：单片机核心概念与应用场景；STM32系列单片机分类（F1/F4/L4等系列）、核心差异与选型技巧；STM32核心架构（Cortex-M内核）、引脚分布与功能划分。
2. 核心开发工具详解：Keil MDK开发环境的安装、破解与配置（工程创建、编译器选择、调试配置）；STM32CubeMX工具的安装与使用（引脚配置、外设初始化配置、代码生成）。
3. 开发环境辅助工具：串口调试助手、ST-Link下载器的工作原理与使用方法；固件库与HAL库的区别、选用逻辑，基础库函数认知。
4. 第一个STM32程序：工程创建流程、代码编写规范、编译报错排查；程序下载流程与调试基础操作，实现简单的程序运行验证。

案例分析/演示

• 案例分析：概括不同应用场景（工业控制、智能硬件）的STM32选型案例，解读选型核心逻辑与系列适配要点，规避选型误区。
• 演示：概括开发环境（Keil+STM32CubeMX）安装配置演示、第一个STM32程序（工程创建→编译→下载→运行）演示，明确操作核心步骤与注意事项。

专题二：STM32 GPIO与基本外设应用（核心基础）

核心知识点

1. GPIO核心原理：GPIO端口的功能、工作模式（输入模式、输出模式、复用功能模式）；GPIO端口配置寄存器认知，配置参数（速率、上下拉）的选择逻辑。
2. GPIO输出应用：输出模式配置方法，通过GPIO控制LED灯、蜂鸣器等简单外设的启停与状态切换，基础库函数的调用与应用。
3. GPIO输入应用：输入模式配置方法，通过GPIO读取按键、传感器等输入设备的信号，实现输入信号的检测与处理，消抖处理方法。
4. 中断基础应用：STM32中断控制器（NVIC）基础认知，中断优先级配置；GPIO外部中断的配置流程，实现中断触发式外设控制（如按键中断控制LED）。

案例分析/演示

• 案例分析：概括GPIO配置不当导致的外设控制失效案例，梳理配置要点与故障排查思路，总结GPIO输入/输出应用的常见技巧。
• 演示：概括GPIO输出配置演示（控制LED灯状态切换）、GPIO输入配置演示（读取按键信号）、外部中断配置演示，展示实操流程与运行效果。

专题三：STM32常用外设（一）—— 定时器与串口通信（核心重点）

核心知识点

1. 定时器核心原理：STM32定时器分类（基本定时器、通用定时器、高级定时器）与功能差异；定时器工作模式（定时模式、计数模式）、时钟源选择、分频系数与自动重装值配置。
2. 定时器应用实操：通用定时器的配置流程，实现定时中断（如定时控制LED闪烁）；计数模式应用，实现外部信号计数与检测，定时器中断优先级配置。
3. 串口通信（USART）基础：串口通信协议（异步通信）核心规范，波特率、数据位、停止位、校验位的选择逻辑；USART工作模式与引脚配置。
4. 串口通信实操：USART的配置流程，实现单片机与电脑（串口助手）的数据收发；串口中断配置，实现中断式数据接收与处理，数据解析基础。

案例分析/演示

• 案例分析：概括定时器定时精度不足、串口通信数据丢失/错乱案例，梳理配置要点、故障排查思路与优化方法。
• 演示：概括定时器配置演示（定时中断控制外设）、串口通信配置演示（数据收发与调试），展示实操流程与数据交互效果。

专题四：STM32常用外设（二）—— ADC/DAC与SPI/I2C通信（核心重点）

核心知识点

1. ADC核心应用：ADC工作原理、转换模式（单次转换、连续转换）、通道选择；ADC配置流程，实现模拟信号（如电位器、温度传感器）采集与数据处理，转换精度优化。
2. DAC核心应用：DAC工作原理、输出模式；DAC配置流程，实现数字信号到模拟信号的转换（如输出固定电压、波形信号），基础波形生成方法。
3. SPI通信协议：SPI协议核心原理（主从模式、同步通信）、引脚配置；SPI通信配置流程，实现单片机与SPI外设（如OLED屏、Flash）的通信与数据交互。
4. I2C通信协议：I2C协议核心原理（两线通信、主从模式）、引脚配置；I2C通信配置流程，实现单片机与I2C外设（如EEPROM、温湿度传感器）的通信与数据读写。

案例分析/演示

• 案例分析：概括ADC采集精度不足、SPI/I2C通信失败案例，梳理协议适配要点、配置技巧与故障排查思路。
• 演示：概括ADC采集演示（模拟信号采集与数据显示）、DAC输出演示（波形生成）、SPI/I2C通信演示（与外设数据交互），展示实操流程与运行效果。

专题五：STM32中断与DMA技术（实战重点）

核心知识点

1. 中断系统进阶：NVIC中断优先级的详细配置（抢占优先级、响应优先级）；外部中断、外设中断（定时器、串口、ADC）的协同应用，中断嵌套与冲突处理。
2. DMA核心原理：DMA的功能与优势（减轻CPU负担、实现高速数据传输）；DMA通道选择、传输模式（内存到外设、外设到内存）、传输长度配置。
3. DMA实操应用：DMA与串口结合，实现高速数据收发；DMA与ADC结合，实现模拟信号连续采集与数据存储；DMA传输中断配置与异常处理。
4. 中断与DMA优化：程序中断响应速度优化、DMA传输效率优化，规避常见的中断阻塞、DMA传输错误问题。

案例分析/演示

• 案例分析：概括中断优先级配置不当导致的程序异常、DMA传输错误导致的数据丢失案例，梳理优化思路与故障排查方法。
• 演示：概括DMA与串口高速通信演示、DMA与ADC连续采集演示，对比中断方式与DMA方式的运行效率差异，展示实操流程。

专题六：STM32低功耗与工程优化（拓展重点）

核心知识点

1. 低功耗模式详解：STM32低功耗模式分类（睡眠模式、停止模式、待机模式）的功能差异、功耗特点与适用场景；低功耗模式的配置流程与唤醒方式（中断唤醒、外部信号唤醒）。
2. 工程优化技巧：代码优化（冗余代码删除、函数优化）、外设优化（闲置外设关闭）、时钟优化（分频系数调整），降低系统功耗与资源占用。
3. 程序稳定性优化：容错处理（异常状态检测、报错处理）、抗干扰设计（硬件配合软件优化）；工程调试技巧，常见故障（死机、复位）的排查方法。
4. 实战工程规范：工程目录搭建、代码注释规范、版本管理基础，适配团队协作与项目维护需求。

案例分析/演示

• 案例分析：概括低功耗模式配置不当导致的功耗过高、唤醒失败案例，梳理低功耗优化思路与工程优化技巧。
• 演示：概括低功耗模式配置与唤醒演示、工程优化前后效果对比演示，展示优化方法与实操流程。

专题七：综合实战（落地应用）

实战项目（三选一，贴合主流应用场景）

• 实战项目1：智能LED控制系统（基础实战）
  • 项目需求：基于STM32实现智能LED控制，通过按键（GPIO输入）控制LED灯的启停、闪烁模式切换，通过定时器实现定时闪烁，通过串口与电脑通信，上报LED工作状态，完成工程调试与优化。
  • 涉及技术：GPIO输入/输出、定时器定时、串口通信、基础中断应用。
• 实战项目2：环境数据采集系统（进阶实战）
  • 项目需求：基于STM32实现温湿度、光照强度等环境数据采集，通过ADC采集模拟传感器信号，通过I2C/SPI与数字传感器通信，采集数据通过串口上传至电脑显示，实现数据异常报警（蜂鸣器提示），完成低功耗优化。
  • 涉及技术：ADC采集、I2C/SPI通信、串口通信、GPIO控制、低功耗配置。
• 实战项目3：小型智能控制终端（工程实战）
  • 项目需求：基于STM32实现小型智能控制终端，整合定时器、DMA、串口、ADC等外设，实现模拟信号采集、数据高速传输、外设联动控制，完成工程优化、故障排查与项目交付，编制项目开发文档。
  • 涉及技术：STM32外设综合应用、DMA高速传输、工程优化、故障排查。

实战交付

• 代码交付：实战项目源代码、工程文件、测试用例、下载脚本与运行说明。
• 文档交付：项目设计文档（架构设计、外设配置、核心代码解析）、测试报告、项目总结报告。
• 实战总结：项目实战答辩演示（设计思路、核心技术应用、实战难点、优化效果），梳理实战中的经验与问题，形成可复用的开发方案。

三、课程安排（参考）