前言Foreword

在万物互联的智能化时代，嵌入式系统作为智能设备的核心技术，正深刻改变着工业生产、消费电子和物联网领域的创新格局。STM32F103微控制器凭借其基于ARM CortexM3内核的高性能、丰富外设资源及高性价比，长期占据国内32位微控制器市场的主导地位。然而，当前嵌入式系统教学普遍面临“理论抽象难理解、实践门槛高、工程应用脱节”的痛点。现有嵌入式系统书籍，或阐述某款嵌入式处理器基本原理与应用，或讲解某种嵌入式操作系统的原理及应用开发，或仅讲述嵌入式实验与实践，往往侧重单一编程技术而忽视硬件协同设计，导致学生难以构建完整的嵌入式开发能力体系。 

针对上述问题，作者根据20余年嵌入式系统教学与产业实践经验，将嵌入式系统的理论知识和基于STM32F103微控制器的企业实际案例相结合，采用Keil MDK联合Proteus对实例进行软硬件设计，呈现“虚实融合”的教学模式，让抽象概念具象化、复杂系统可操作化，助力学生实现从理论认知到工程创新的跨越。

本书从结构上分为3部分: 

第一部分(第1～3章)为系统内核，介绍嵌入式系统的概念和组成，分析ARM CortexM3处理器的体系结构、编程模型、STM32F103微控制器工作原理和最小系统等，阐述Keil μVision5(Keil5)联合Proteus 8.17对STM32F103微控制器进行开发和仿真的方法。

第二部分(第4～8章)为片内外设，讲述STM32F103微控制器常用的片上外设/接口的原理及应用，包括GPIO、中断、EXTI、定时器、USART、ADC等，并分别利用Keil5与Proteus 8.17采用库函数方式对片上外设典型工程应用进行软硬件设计和仿真。

第三部分(第9章)为跨学科创新实践，讲述基于STM32F103微控制器的典型实例，包括温湿度传感器DHT11、激光数字式颗粒物浓度传感器A4CG、空气质量传感器MQ135、Arduino液位传感器、光强度传感器BH1750、颜色传感器TCS3472、加速度传感器JY60、热成像传感器MLX90640、闪电传感器SEN0290、土壤湿度传感器YL69、超声波传感器HCSR04、压力传感器HX711、红外传感器YL62、温度传感器DS18B20等十余种传感器、通信模块(WiFi模块、蓝牙模块和DWM1000模块)和显示器等接口的软硬件设计，给出了硬件电路原理图和程序流程图。

本书具有以下特点: 

第一，将嵌入式系统的理论与STM32F103微控制器的企业实际应用开发结合。从读者认知的角度，以嵌入式系统的组成为线索，采用自下而上的方式，硬件上由ARM CortexM3处理器内核到STM32F103微控制器外设，再到基于STM32F103微控制器的典型控制系统实例；应用软件采用库函数方式编程实现。结构合理，内容由浅入深、循序渐进，系统性强，易于读者理解。

第二，重视嵌入式硬件设计。目前大多数嵌入式书籍对于嵌入式硬件原理和接口设计涉及极少，本书突出STM32F103微控制器硬件原理、片内外设/接口底层驱动设计以及实际控制系统硬件设计，结合Proteus 8.17，给出了所有实例的电路原理图。

第三，构建“理论精讲—虚拟仿真—工程实战”的三维融合。本书聚焦STM32F103核心原理，利用Keil MDK联合Proteus 8.17，给出无操作系统下的STM32F103片内外设的虚拟仿真以及产业工程实例的硬件电路原理图设计、程序流程图设计和实物图，使读者掌握嵌入式系统理论知识的同时，具备一定的基于STM32F103微控制器的测控系统软硬件开发和调试能力。

第四，先进的虚拟仿真工具Proteus在嵌入式系统原理课程教学中使用，通过在课堂将行业实际案例虚拟实现，使教学情景化和动态化，激发学习动机，让学生看到学习成效。学生利用企业真实案例，随时随地独立完成案例修改和创新训练，找到学习乐趣，从而达到课程教学目的。

本书得到了常州大学重点教材立项资助，由常州大学屈霞、刘麟担任主编，屈霞完成了1、3、4、5、6、7、8、9章的编写以及全书的整体架构、全书的统稿工作。刘麟参与完成本书的整体架构和目录的确定，完成了第2章的编写；由王维、张玉和赵晓峰担任副主编，王维、张玉和赵晓峰参与完成了第9章产业实例的设计。

本书在编写过程中始终得到清华大学出版社袁勤勇老师和杨枫老师的大力支持，在此，我们表示由衷的感谢。

本书参考学时数为48～64，任课教师可根据实际情况对教材内容进行取舍或者补充。

由于作者学识有限，书中疏漏之处在所难免，敬请广大读者批评和指正。如果读者对本书有任何建议、意见和想法，欢迎和作者联系交流。屈霞2025年7月于常州大学