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# 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。

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## 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。

![](pic/image-20240914105038170.png)





**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。

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### 2.学习路线图

![image-20240914091720503](pic/image-20240914091720503.png)

上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：** 

![image-20240914102636319](pic/image-20240914102636319.png)

### 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：** 

![image-20240914102623142](pic/image-20240914102623142.png)

### 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：** 

![image-20240914102758274](pic/image-20240914102758274.png)、

## 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。