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本书以医疗电子单片机高级开发系统（LY-ST429M型单片机高级开发平台+LY-M501型人体生理参数监测系统）为平台，共安排18个实验，其中实验1～实验13为微控制器基础实验，实验14～实验18为医疗电子专业实验。所有实验均详细介绍了实验内容、设计思路，并且都有详细的步骤和源代码，以确保读者能够顺利完成。每章的最后都安排了一个任务，作为本章实验的延伸和拓展。本书中的程序均按照《C语言软件设计规范（LY-STD001——2019）》编写。所有实验均基于模块化设计，这样有利于将模块应用于不同的项目和产品中。本书配有丰富的资料包，包括医疗电子单片机高级开发系统原理图、例程、软件包、硬件套件，以及配套的PPT、视频等。这些资料会持续更新，下载链接可通过微信公众号“卓越工程师培养系列”获取。本书既可以作为高等院校相关课程的教材，也可作为微控制器系统设计及相关行业工程技术人员的参考书。

第1章  STM32F4开发平台和工具	1
1.1  STM32微控制器简介	1
1.2  STM32开发工具的安装与配置	2
1.2.1  安装Keil 5.20	2
1.2.2  配置Keil 5.20	4
1.3  医疗电子单片机高级开发系统简介	5
1.4  基于医疗电子单片机高级开发系统可开展的部分实验	7
1.5  本书配套的资料包	7
本章任务	8
本章习题	8
第2章  实验1—F429基准工程	9
2.1  实验内容	9
2.2  实验原理	9
2.2.1  寄存器与固件库	9
2.2.2  Keil编辑和编译以及STM32下载过程	13
2.2.3  STM32工程模块名称及说明	13
2.2.4  STM32参考资料	14
2.3  实验步骤	15
本章任务	27
本章习题	27
第3章  实验2—GPIO与LED闪烁	29
3.1  实验内容	29
3.2  实验原理	29
3.2.1  LED电路原理图	29
3.2.2  STM32系统架构与存储器组织	29
3.2.3  GPIO功能框图	32
3.2.4  GPIO寄存器	34
3.2.5  GPIO固件库函数	39
3.3  实验步骤	42
本章任务	48
本章习题	49
第4章  实验3—GPIO与独立按键输入	50
4.1  实验内容	50
4.2  实验原理	50
4.2.1  独立按键电路原理图	50
4.2.2  GPIO功能框图	50
4.2.3  GPIO寄存器	51
4.2.4  GPIO固件库函数	52
4.2.5  按键去抖原理	52
4.3  实验步骤	54
本章任务	60
本章习题	60
第5章  实验4—串口通信	61
5.1  实验内容	61
5.2  实验原理	61
5.2.1  电路原理	61
5.2.2  UART通信协议	61
5.2.3  UART功能框图	64
5.2.4  UART部分寄存器	67
5.2.5  UART部分固件库函数	71
5.2.6  STM32异常和中断	76
5.2.7  NVIC中断控制器	77
5.2.8  NVIC部分寄存器	78
5.2.9  NVIC部分固件库函数	81
5.2.10  UART1模块驱动设计	84
5.3  实验步骤	88
本章任务	98
本章习题	99
第6章  实验5—定时器	100
6.1  实验内容	100
6.2  实验原理	100
6.2.1  通用定时器功能框图	100
6.2.2  通用定时器部分寄存器	102
6.2.3  通用定时器部分固件库函数	105
6.3  实验步骤	108
本章任务	113
本章习题	114
第7章  实验6—系统节拍时钟	115
7.1  实验内容	115
7.2  实验原理	115
7.2.1  SysTick功能框图	115
7.2.2  SysTick实验流程图分析	116
7.2.3  SysTick部分寄存器	117
7.2.4  SysTick部分固件库函数	119
7.3  实验步骤	119
本章任务	123
本章习题	123
第8章  实验7—RCC	124
8.1  实验内容	124
8.2  实验原理	124
8.2.1  RCC功能框图	124
8.2.2  RCC部分寄存器	127
8.2.3  RCC部分固件库函数	132
8.2.4  PWR寄存器	141
8.2.5  PWR部分固件库函数	143
8.2.6  Flash部分寄存器	145
8.2.7  Flash部分固件库函数	149
8.3  实验步骤	152
本章任务	156
本章习题	156
第9章  实验8—外部中断	157
9.1  实验内容	157
9.2  实验原理	157
9.2.1  EXTI功能框图	157
9.2.2  EXTI部分寄存器	159
9.2.3  EXTI部分固件库函数	161
9.2.4  SYSCFG部分寄存器	164
9.2.5  SYSCFG部分固件库函数	165
9.3  实验步骤	166
本章任务	170
本章习题	170
第10章  实验9——七段数码管显示	171
10.1  实验内容	171
10.2  实验原理	171
10.2.1  七段数码管	171
10.2.2  74HC595驱动芯片	173
10.2.3  七段数码管显示模块电路原理图	174
10.2.4  七段数码管显示原理	175
10.3  实验步骤	177
本章任务	185
本章习题	185
第11章  实验10——OLED显示	186
11.1  实验内容	186
11.2  实验原理	186
11.2.1  OLED显示模块	186
11.2.2  SSD1306的显存	187
11.2.3  SSD1306常用命令	189
11.2.4  字模选项	189
11.2.5  ASCII码表与取模工具	190
11.2.6  STM32的GRAM与SSD1306的GRAM	190
11.2.7  OLED显示模块显示流程	191
11.3  实验步骤	191
本章任务	203
本章习题	203
第12章  实验11——读写内部Flash	204
12.1  实验内容	204
12.2  实验原理	204
12.2.1  STM32内部Flash和SRAM	204
12.2.2  STM32内部Flash简介	204
12.2.3  Flash编程过程	206
12.2.4  Flash扇区擦除过程	206
12.3  实验步骤	207
本章任务	215
本章习题	215
第13章  实验12——DAC	216
13.1  实验内容	216
13.2  实验原理	216
13.2.1  DAC功能框图	216
13.2.2  DMA功能框图	219
13.2.3  DAC实验逻辑图分析	221
13.2.4  PCT通信协议	222
13.2.5  PCT通信协议应用	227
13.2.6  DAC部分寄存器	230
13.2.7  DAC部分固件库函数	233
13.2.8  DMA部分寄存器	236
13.2.9  DMA部分固件库函数	242
13.3  实验步骤	248
本章任务	260
本章习题	260
第14章  实验13——ADC	261
14.1  实验内容	261
14.2  实验原理	261
14.2.1  ADC功能框图	261
14.2.2  逻辑框图分析	264
14.2.3  ADC缓冲区	264
14.2.4  ADC部分寄存器	264
14.2.5  ADC部分固件库函数	270
14.3  实验步骤	274
本章任务	284
本章习题	284
第15章　实验14——体温测量与显示	285
15.1  实验内容	285
15.2  实验原理	286
15.2.1  体温数据包的PCT通信协议	286
15.2.2  基于DMA的UART模块函数	286
15.2.3  UART4与UART7数据传输流程	288
15.2.4  解包结果处理流程	289
15.2.5  七段数码管显示体温参数	289
15.3  实验步骤	290
本章任务	296
本章习题	296
第16章  实验15——呼吸监测与显示	297
16.1  实验内容	297
16.2  实验原理	298
16.2.1  呼吸数据包的PCT通信协议	298
16.2.2  解包结果处理流程	298
16.2.3  七段数码管显示呼吸数据流程	298
16.3  实验步骤	299
本章任务	304
本章习题	305
第17章  实验16——心电监测与显示	306
17.1  实验内容	306
17.2  实验原理	307
17.2.1  心电数据包的PCT通信协议	307
17.2.2  解包结果处理流程	308
17.2.3  OLED显示心电参数流程	308
17.3  实验步骤	309
本章任务	315
本章习题	315
第18章  实验17——血氧监测与显示	316
18.1  实验内容	316
18.2  实验原理	317
18.2.1  血氧数据包的PCT通信协议	317
18.2.2  解包结果处理流程	318
18.2.3  OLED显示血氧参数流程	318
18.3  实验步骤	319
本章任务	325
本章习题	325
第19章  实验18——血压测量与显示	326
19.1  实验内容	326
19.2  实验原理	327
19.2.1  血压数据包的PCT通信协议	327
19.2.2  血压命令发送	329
19.2.3  解包结果处理流程	329
19.2.4  OLED显示血压参数流程	329
19.3  实验步骤	330
本章任务	339
本章习题	340
附录A　人体生理参数监测系统使用说明	341
附录B　PCT通信协议应用在人体生理参数监测系统说明	343
B.1  模块ID定义	343
B.2  从机发送给主机数据包类型ID	343
B.3  主机发送给从机命令包类型ID	350
附录C　ASCII码表	360
参考文献	361

前    言
微控制器（或称单片机）系统设计是生物医学工程、医疗器械工程、康复工程等专业的核心课程，学生既要掌握微控制器设计的基本技能，还要将这些技能熟练应用于医用电子技术领域。要想成为一名优秀的医用电子系统设计工程师，还需要进一步掌握软硬件联合调试的技能，具备模块化设计思想，能够从宏观角度进行系统架构设计，并灵活地将各种技术规范融入设计中。
天津大学李刚教授说：勇于实践+深入思考=真才实学。而当今的工科学生普遍缺乏的就是勇于实践，没有大量的实践，就很难对某一个问题进行深入剖析和思考，当然，也就谈不上真才实学。在科学技术日新月异的今天，卓越工程师的培养必须配以高强度的实训。
本书是一本讲解STM32F4系列微控制器设计的书籍，严格意义上讲，本书也是一本实训手册。本书以医疗电子单片机高级开发系统（LY-ST429M型单片机高级开发平台+LY-M501型人体生理参数监测系统）为平台，共安排18个实验，其中实验1～实验13为微控制器基础实验，实验14～实验18为医疗电子专业实验。所有实验均详细介绍了实验内容、设计思路，并且都有详细的步骤和源代码，以确保读者能够顺利完成。每章的最后都安排了一个任务，作为本章实验的延伸和拓展。
目前主流的微控制器的功能比以往的强大得多，想要掌握其知识点，必须花费大量的时间和精力。比如，要学习某一款STM32微控制器，至少要阅读三本手册，即ARM公司的《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》、ST公司的《STM32中文参考手册》和《STM32固件库使用手册》，这些手册加起来有一两千页。除此之外，还要花费大量的时间和精力熟悉STM32的集成开发环境、程序下载工具、串口助手工具等。为了减轻初学者查找资料和熟悉开发工具的负担，能够将更多的精力聚焦在实践环节，快速入门，本书将上述手册中的相关知识点汇总在“实验原理”中，将STM32集成开发环境、程序下载工具、串口助手工具等的使用方法穿插于各章节中。这样，读者就可以通过本书和医疗电子单片机高级开发系统，秉承“勇于实践+深入思考”的思想，轻松踏上学习STM32之路，在实践过程中不知不觉地掌握各种知识和技能。
本书的特点如下：
1．以医疗电子单片机高级开发系统作为实践载体，微控制器选取STM32F429IGT6芯片。主要考虑到STM32是目前市面上使用最为广泛的微控制器之一，且该系列的微控制器具有功耗低、外设多、基于库开发、配套资料多、开发板种类多等优势。
2．详细讲解18个实验所涉及的知识点，未涉及的内容尽量不予讲解，以便于初学者快速掌握微控制器系统设计的核心要点。
3．将各种规范贯穿于整个微控制器系统设计过程中，如Keil集成开发环境参数设置、工程和文件命名规范、版本规范、软件设计规范等。
4．所有实验严格按照统一的工程架构设计，每个子模块按照统一标准设计。
5．配有丰富的资料包，包括医疗电子单片机高级开发系统原理图、例程、软件包、硬件套件，以及配套的PPT、视频等。这些资料会持续更新，下载链接可通过微信公众号“卓越工程师培养系列”获取。
关于本书的使用，建议先通过实验1～实验3快速熟悉整个开发流程；对于实验4～实验7投入较多的时间和精力，重点学习外设架构、寄存器、固件库函数、驱动设计和应用层设计等，并认真总结这4个实验的经验；最后，将前面所学知识灵活运用到后面11个实验中。
本书中的程序严格按照《C语言软件设计规范（LY-STD001-2019）》编写。设计规范要求每个函数的实现必须有清晰的函数模块信息，函数模块信息包括函数名称、函数功能、输入参数、输出参数、返回值、创建日期和注意事项。受限于篇幅，实验3～实验18中的程序省略了函数模块信息，建议读者在编写程序时完善每个函数的模块信息。“函数实现及其模块信息”（位于本书配套资料包的“08.软件资料”文件夹）罗列了所有函数的实现及其模块信息，供读者参考。
本书的编写得到了深圳市乐育科技有限公司的大力支持；深圳大学的覃进宇、刘宇林、郭文波和黄荣祯在教材编写、例程优化和文字校对中做了大量的工作；本书的出版得到了电子工业出版社的鼎力支持，张小乐编辑为本书的顺利出版做了大量的工作。一并向他们表示衷心的感谢。本书获深圳大学教材出版资助。
由于作者水平有限，书中难免有错误和不足之处，敬请读者不吝赐教。

作  者   
2020年5月

2011年7月-至今 深圳大学医学部生物医学工程学院从事生物医学工程专业实践类教学工作。编写出版《电路设计与制作实用教程（PADS版）》《电路设计与制作实用教程（Altium Designer版）》等。

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医用单片机开发实用教程——基于STM32F4