單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)是電子信息類、自動(dòng)化類等專業(yè)的核心課程，該課程面向嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師工作崗位，目的是為社會(huì)培養(yǎng)嵌入式智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試與創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為嵌入式系統(tǒng)，其概念初源于傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)的需求。隨著以微處理器（MPU）為內(nèi)核的微控制器（MCU）制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)這兩大分支分別得以發(fā)展。通用計(jì)算機(jī)已經(jīng)在科學(xué)計(jì)算、通信、日常生活等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。在后PC時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)的廣闊應(yīng)用是計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要特征。一般來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍可以粗略分為兩大類：一類是電子系統(tǒng)的智能化（如工業(yè)控制、汽車電子、數(shù)據(jù)采集、測(cè)控系統(tǒng)、家用電器、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、嵌入式人工智能及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等），這類應(yīng)用也被稱為微控制器（MCU）領(lǐng)域。另一類是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的延伸（如平板計(jì)算機(jī)、手機(jī)、電子圖書(shū)等），這類應(yīng)用也被稱為應(yīng)用處理器（MAP）領(lǐng)域。在ARM系列產(chǎn)品中，ARM Cortex-M系列與ARM Cortex-R系列適用于電子系統(tǒng)的智能化類應(yīng)用，即微控制器領(lǐng)域；ARM Cortex-A系列適用于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的延伸，即應(yīng)用處理器領(lǐng)域。不論如何分類，嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是不變的，即要完成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需要掌握硬件、軟件及行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)。但是，隨著嵌入式系統(tǒng)中軟件規(guī)模的日益增大，對(duì)嵌入式底層驅(qū)動(dòng)軟件的封裝也提出了更高的要求，可復(fù)用性與可移植性受到特別的關(guān)注，嵌入式軟硬件構(gòu)件化開(kāi)發(fā)方法逐步被業(yè)界所重視。
為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植性和可復(fù)用性，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對(duì)嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以降低嵌入式技術(shù)的教學(xué)難度和開(kāi)發(fā)難度，為因材施教提供有效可行的途徑，有效突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生具有一定的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。
本書(shū)在編寫過(guò)程中，堅(jiān)持以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)理念，按照以學(xué)生為中心、學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)的思路進(jìn)行教材開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中做教、學(xué)、做一體化等教育教學(xué)特色，使學(xué)校教學(xué)過(guò)程與企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)接。以實(shí)際、實(shí)用、必需、夠用為原則，本書(shū)采用項(xiàng)目化教學(xué)方式，以項(xiàng)目、任務(wù)、活動(dòng)理實(shí)一體教學(xué)模式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。
本書(shū)使用意法半導(dǎo)體公司的ARM Cortex-M4內(nèi)核的STM32L431微控制器為藍(lán)本，闡述嵌入式硬件構(gòu)件和嵌入式軟件構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和使用方法。需要特別說(shuō)明的是，本書(shū)以知識(shí)要素為基本立足點(diǎn)設(shè)計(jì)芯片底層驅(qū)動(dòng)，使得應(yīng)用程序與芯片無(wú)關(guān)，具有通用嵌入式計(jì)算機(jī)（GEC）性質(zhì)。按照循序漸進(jìn)、搭積木的設(shè)計(jì)思想，共設(shè)計(jì)了10個(gè)項(xiàng)目。后可根據(jù)教學(xué)需要，選擇部分項(xiàng)目或全部項(xiàng)目進(jìn)行綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和課程考核。
本書(shū)具有以下特點(diǎn)。
1）把握通用知識(shí)與芯片相關(guān)知識(shí)之間的平衡。書(shū)中對(duì)于嵌入式通用知識(shí)的基本原理，以應(yīng)用為立足點(diǎn)，進(jìn)行語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、邏輯清晰的闡述，同時(shí)注意與芯片相關(guān)知識(shí)之間的銜接，使讀者在理解基本原理的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)芯片應(yīng)用的設(shè)計(jì)，同時(shí)反過(guò)來(lái)加深對(duì)通用知識(shí)的理解。
2）把握硬件與軟件的關(guān)系。嵌入式系統(tǒng)是軟件與硬件的綜合體，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)軟件與硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的工程，不能像通用計(jì)算機(jī)那樣，把軟件、硬件完全分開(kāi)來(lái)看。特別是對(duì)電子系統(tǒng)智能化嵌入式應(yīng)用來(lái)說(shuō)，沒(méi)有對(duì)硬件的理解就不可能設(shè)計(jì)好嵌入式軟件，同樣，沒(méi)有對(duì)軟件的理解也不可能設(shè)計(jì)好嵌入式硬件。因此，本書(shū)注重把握硬件知識(shí)與軟件知識(shí)之間的關(guān)系。
3）對(duì)底層驅(qū)動(dòng)進(jìn)行構(gòu)件化封裝。書(shū)中對(duì)每個(gè)模塊均給出根據(jù)嵌入式軟件工程基本原則及構(gòu)件化封裝要求編制的底層驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)給出詳細(xì)、規(guī)范的注釋及對(duì)外接口，為實(shí)際應(yīng)用提供底層構(gòu)件，方便移植與復(fù)用，從而為讀者進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)節(jié)省大量時(shí)間。
4）設(shè)計(jì)合理的測(cè)試用例。書(shū)中所有源程序均經(jīng)測(cè)試通過(guò)，并在本書(shū)的在線教學(xué)資源中提供測(cè)試用例，避免了因例程的書(shū)寫或固有錯(cuò)誤給讀者帶來(lái)煩惱。這些測(cè)試用例也為讀者驗(yàn)證與理解帶來(lái)方便。
5）在線教學(xué)資源提供了所有模塊完整的底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件化封裝程序與測(cè)試用例、芯片資料、使用文檔、硬件說(shuō)明等，還制作了課件，在線教學(xué)資源的版本將會(huì)適時(shí)更新。
本書(shū)由王宜懷、索明何和王玉麗編著。王宜懷負(fù)責(zé)全書(shū)的策劃、內(nèi)容安排、案例選取和統(tǒng)稿工作。
本書(shū)在編寫過(guò)程中，得到了意法半導(dǎo)體（ST）大學(xué)計(jì)劃的丁曉磊、ARM中國(guó)教育生態(tài)部的王夢(mèng)馨、南京沁恒微電子的楊勇及劉帥的熱心幫助和指導(dǎo)，在此一并表示衷心的感謝。
由于編者水平有限，疏漏之處在所難免，懇請(qǐng)廣大專家和讀者提出寶貴的修正意見(jiàn)和建議。