超越傳統教育：為工程師打造真實研發需求的課程

 

1. 先前替大學及碩士班就讀化工系畢業出身、曾任職於台達電，目前任職於另一家車用相關電子產品公司的跨電資軟韌體領域工程師 授課 。

2. 先前替目前任職於 一線 IC設計公司 (NAND Flash memory 控制晶片大廠)  慧榮科技 的 韌體工程師 (他過去曾長期任職於 廣達) 授課。

於授課過程之我的某些板書圖片記錄。

點我看更多

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課程內容 完全針對電子產品研發工程師學員的 產品研發需求 而 客製化設計，最直接 且 真實的 協助工程師學員，奠定其在研發工作上所需的核心基礎，屬於實際的實戰內容學習。

對於真正的工程研發而言，其基礎理論與實務本來就是一體的，並不是兩回事  (只是台灣社會有許多人不清楚何謂理論與實務。這些皆為教學之重點內容。 台灣的傳統教育體制內的大多數考試解題/授課照課本唸/照本宣科 那些稱不上 理論，而是應付了事 )。

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課程講解過程參考資料:

- 自製教材

- 自己的臉書網頁 過往於學生時代 (2011年7月 大二暑假 ) 自行設計開發 且 與同學一同製作 之MCU based電路實體照片

https://www.facebook.com/photo/?fbid=154471644628956&set=a.109703929105728

- Intel MCS-51 family user's manual

https://web.mit.edu/6.115/www/document/8051.pdf

- Atmel/Microchip AT89S51 MCU Datasheet

https://www.microchip.com/en-us/product/at89s51#Overview

- ARM Keil - User's Guides for Keil C51 Development

https://developer.arm.com/documentation/101655/0961/8051-Instruction-Set-Manual/Instructions/MOV?fbclid=IwY2xjawMx8QJleHRuA2FlbQIxMABicmlkETFNUUhoamdBS0dGZVNtY2JHAR5KuWynh64S2XcmvvgC-CVQStfh9l2l4nFLxvWqHnPx4f5AeYNYnntHXXj--w_aem_O4_rxtiI0PEpcqtIdXPExQ

- TI µA7800 SERIES POSITIVE-VOLTAGE REGULATORS

https://cdn.sparkfun.com/assets/1/7/7/3/2/LM7805.pdf

- LY聯騰 KT89S51 線上燒錄實驗板 (8051 MCU 開發板) 說明手冊 與 電路圖 (schematic)

https://www.ltc.com.tw/products/bomltkt89s5vb?srsltid=AfmBOooZuusrBkfAiEFdRNeWyWJxBKbLFHsmlawQjT9x6tyFgagBgRgL&fbclid=IwY2xjawMx8adleHRuA2FlbQIxMABicmlkETFNUUhoamdBS0dGZVNtY2JHAR46T9mb9z-2JenWuDs1K_szx3FBIbMxHPdCOHPse5unqb-2EA8lVI2nZfanHQ_aem_F1gKDgNy6rDVaNZgInpz0w

https://drive.google.com/file/d/1MmWRWqxhfUiBEfujWGVSJOf0JGUkh7C5/view?fbclid=IwY2xjawMx8axleHRuA2FlbQIxMABicmlkETFNUUhoamdBS0dGZVNtY2JHAR46T9mb9z-2JenWuDs1K_szx3FBIbMxHPdCOHPse5unqb-2EA8lVI2nZfanHQ_aem_F1gKDgNy6rDVaNZgInpz0w

- Atmel/Microchip Atmega8 MCU Datasheet

chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-2486-8-bit-AVR-microcontroller-ATmega8_L_datasheet.pdf

- 新唐 NuMaker-IoT-M487 開發板介紹網頁 

https://direct.nuvoton.com/tw/numaker-iot-m487?srsltid=AfmBOorztrVCvO1kPIt62zTAjD_qVtckf7x6Il0JIoZPRxIp6H7q8O15&fbclid=IwY2xjawMx8t5leHRuA2FlbQIxMABicmlkETFNUUhoamdBS0dGZVNtY2JHAR7gjLutzb92c4gGU4QgbSYts3e59BnNVEQstYi3FS3d1Xp4SGwsTBJl9jj7MQ_aem_rUqVoJZOnM4nAdVPrfqiGw

- 新唐 NuMaker-M2354 開發板介紹網頁

https://direct.nuvoton.com/tw/numaker-m2354?srsltid=AfmBOoo15I5EjKqitimSRuAQyli0MSAOZZkD6xBj5Gl9fQh_bkDvlyMi&fbclid=IwY2xjawMx8wRleHRuA2FlbQIxMABicmlkETFNUUhoamdBS0dGZVNtY2JHAR5Ketq1DhydfagZxtmTf5kH84BEEk9FjjLbMEakDQQsk8cpl9fAzyWB_NmclQ_aem_hFedm84kIcZ3ALwdxGFCCg

- 其它網路網頁圖片與資料

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歡迎各方洽談合作，務實/踏實追求共好。歡迎電機電子資工本科系學員，也很歡迎非電機電子資工本科系的學員加入學習嵌入式系統技術/尋求轉職成為研發工程師的行列。

孫文良 個人簡歷: https://sites.google.com/view/wenliangsun/

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孫文良 (阿良的嵌入式系統技術學習區)

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感謝任職於 IC設計公司 慧榮科技 的 主任工程師 積極來找我進行私人一對一嵌入式系統軟韌硬體基礎學習

 

任職於 世界頂尖NAND flash memory controller IC設計公司 慧榮科技 的 韌體程式研發 主任工程師 學員 (跟我同屆，過去他是讀淡江大學的大學&碩士班畢業，他也曾經長期任職於 廣達電腦 擔任軟體工程師) ，

他在昨天白天上完我的 嵌入式Linux系統建置(包含Linux驅動程式基礎)的 團體課程 後，今天上午馬上又繼續跟我上私人一對一授課(之前有好幾次也都是如此)，內容為 MCU(微控制器/單晶片微電腦) 韌體研發相關的嵌入式系統軟韌硬體基礎。 

實在是相當的務實且積極。

今天課程內容提到 透過 ISP (In System Programming) 對MCU內的SPI flash (program memory) 軟韌體燒錄環境/電路相關原理與實作 (以Atmel/Microchip 8051 ISP MCU: AT89S51/AT89S52 作為原理學習與實驗之硬體平台)

以Keil IDE的模擬除錯模式對GPIO作GPO（General Purpose Output）應用的驅動的範例的C語言程式進行反組譯(disassembly)來對8051 MCU內的CPU內的核心暫存器 (PC、SP、PSW、ACC...) 等相關原理作說明 (注意: 其中有許多設計原理基礎觀念，在其它的CPU系列架構上是共通的)，指令集機械碼(數位訊號0與1的邏輯電壓的組合)對應的符號(組合語言/assembly language)，

此外，針對許多 軟韌體程式研發工程師 在 工作研發過程 會使用到的透過Debugger對MCU/SoC進行的online debug的功能背後的原理，也以ARM Cortex-M0+/M4官方架構圖、AT89S51 MCU內部block diagram形式的架構圖來進行說明，並提到了大約10幾年前較常見的除錯介面 JTAG (Joint Test Action Group) 及 近年來較普遍的 SWD (Serial Wire Debug) 介面的差異。

 

最後以 Intel MCS-51指令集 組合語言 的範例程式所組譯出來的hex檔，透過Atmel設計規格的USB ISP模組 (可對AT89S51/52等款式進行軟韌體燒錄、可對ATMEGA328及其它相關款式MCU進行燒錄及除錯) 燒錄，燒錄進AT89S52平台並透過學員手上自購的KT89S51開發板(dev. board)進行ISP燒錄實驗驗證，並再次搭配該開發板之電路圖對此次的驗證情境進行軟韌體及電子電路/元件的整合設計原理上的確認。

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8051 MCU 在產業界仍歷久不衰! 證據實在太多了，再次舉例!

許多產業公司的MCU韌體工程開發相關職缺條件中，仍會強調8051基礎，在我過去的許多篇文章中也已有多次說明，在此再次舉例。

以PC BIOS知名美商 鳳凰科技(PHOENIX TECHNOLOGIES INC)的 EC / MCU Firmware Engineer職缺內容為例，請參見下圖 (來源為該公司於104人力銀行網頁所刊登之 EC / MCU Firmware Engineer職缺內容 )

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感謝各家產業界工程師學員的在課後的主動心得分享回饋肯定

最近對於一位AIoT相關產品開發的軟韌體工程師學員於其開發過程中所遇到的 Arm Cortex-A9 processor(with MMU) based SoC/MCU(廠牌為 瑞薩/Renesas) 之 bootloader、chip internal/external RAM的access以及對應的flow、linker script等方面的相關問題和狀況進行解析及說明。

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另外，於上個月的另一位於IC設計產業任職的軟韌體工程師在之前的課後主動心得分享回饋如下:

(現在較重視保養喉嚨&課程學員人數控管了)

感謝各路軟韌體工程師學員們，對於我的嵌入式系統技術諮詢課程的支持鼓勵~!!

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【嵌入式系統基礎原理與實務課程】 GPIO單元之簡介推廣

 🥸 最近在本園區所開設的 「嵌入式系統基礎原理與實務課程」內，和幾位工程師學員講解到GPIO的部分，頗有感觸。

GPIO (General-Purpose Input/Output)的應用看似簡單，但其背後的原理可有著不少學問。

如果以呼叫現成的API函數的方式來達成之前demo影片中以GPIO驅動LED亮/滅的簡易功能，整個過程大概只要2分鐘 (例如如果使用Arduino UNO這種板子上就有現成LED的開發板，就連外接LED的動作和時間都可以省了，搭配digitalWrite這類的現成函數真的只要2分鐘就可以完成)，但事情的完整真相真的「只有」這麼簡單嗎❓❓ 這樣就是了解GPIO了嗎❓

‼事實上‼ 其應用功能(表面)背後的韌體、與GPIO結構驅動原理(從CPU到記憶體單元中去讀到你寫好且被Compiler編譯完成的machine code到驅動GPIO周邊，GPIO的數位高低電位是如何輸出驅動或讀取，詳情是怎麼一回事)，可以講解好幾個小時，

韌體開發並不是純軟體開發，如果是驅動周邊 (Peripheral周邊裝置，詳見註1)的軟韌體開發工程師來說，一位有心於研發工作的工程師是有必要去精進加強自己對於軟韌硬體的基礎知識和了解，

這些很可能是許多軟韌體工程師過去在學校課程內所沒學過、甚至到工作後也從沒去思考過的內容，課程希望帶給學員不同的技術視野並啟發思考。

❗ 本園區開設的課程的GPIO課程內容會包含:

👉介紹標準MCS51的Intel官方Datasheet GPIO的相關內容

👉從了解MCU從執行你所撰寫的C code (被C51 Compiler編譯為數位訊號碼，也就是0和1組成的、符合MCS51指令集的機械碼 實際上是長什麼樣子?) 與Assembly language(組合語言)的關係是什麼? 而這些machine code是被燒錄到哪裡? 又是如何被MCU內的CPU所執行? 和I/O周邊裝置的關係又是什麼?

👉GPIO Port內的運作原理是什麼? 如何從GPIO輸出數位的High & Low電位? 如何由GPIO讀入數位的的High & Low電位? (可舉一反三了解其它MCU的稍有不同的GPIO架構)

👉在一般常見的GPIO外部元件驅動基礎應用下，基礎MCU/SoC外部介面電子電路原理講解，這包含類比電路與數位電路的相關基礎知識，例如如何用BJT、MOSFET做簡單的開關應用、如何和MCU/SoC的GPIO搭配?

👉何謂上拉(Pull-up)/下拉(pull-down)電阻? 何謂開汲極(Open drain)?

👉為什麼Standard 8051 MCU的GPIO Port0作高電位輸出應用時，需要外加上拉電阻(pullup resister)才能使用?

👉Standard 8051 MCU的GPIO Port0和Port2是如何存取外部記憶體(雖然現代很少這樣用了，但就學習專業的角度而言仍有了解該原理的學習價值)，Port0又是如何兼具存取external memory時的Address bus和Data bus功能?

👉MCU/SoC內的CPU是如何存取周邊的 (如課程介紹所述，我們不只介紹8051，只是把8051當成講解與實驗教材)、何謂memory map I/O? 何謂Port map I/O? 這兩種方式有何差異? 8051 MCU內的CPU去存取I/O是屬於哪種方式?

👉實際韌體撰寫/燒錄/電路接線實驗 等實作教學

👉在課程介紹完8051 MCU內部組織原理的各單元之後，還會有各式的外部元件驅動原理與實驗教學 (可參見課綱介紹)

藉由上述的方式，讓學員完整了解電腦系統(包含嵌入式系統)「韌體」開發的基礎紮實與本質。

下方講義內容中的8051 PORT架構原圖參考自Intel MCS51 user manual而繪製，而講義為個人整理編寫

課程講義內容

課程講義內容

Intel MCS51 User manual/Datasheet

課程實驗內容

課程實驗內容

🔎註1: Peripheral就是周邊裝置，以MCU/SoC內部的來說，例如GPIO、UART、I2C、SPI、ADC、DAC、USB、.......(族繁不及備載)都是Peripherals，但現在很多年輕學生(不分政治立場)都只聽過「外設」 (外部設備)，因為大陸的嵌入式系統技術文章都是這樣講，而台灣近年來很缺乏嵌入式底層技術詳細探討類的網路文章)

‼課程進一步詳情請參見下方blog網頁的課程介紹👇:

https://jimsun-embedded.blogspot.com/2020/10/8051-mcu.html

相關文章:

• 適合初學者的【嵌入式系統基礎原理與實務課程】
• 【嵌入式系統基礎原理與實務課程】
• 許多人對於8051 MCU常有的錯誤觀念討論與闢除 (2020/10/12更新) 
• 【嵌入式系統SoC/MCU晶片內部IO Port結構、Open-drain(開汲極)、Push-Pull output(推挽式輸出)等相關課程內容介紹】
• 本園區所開設之各技術課程

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適合初學者的【嵌入式系統基礎原理與實務課程】

‼ 在此推廣一下 適合初學者的【嵌入式系統基礎原理與實務課程】‼

👉 本po文的影片內容為一個簡易的小範例，由8051 MCU GPIO之Output(輸出)驅動LED完成簡易跑馬燈功能。

影片內容包含從操作KEIL C51 IDE的免費評估版對程式碼進行編譯，並且藉由 ISP (In System Programming) 燒錄方式(便宜又好用) 對8051 MCU進行燒錄並觀察執行結果。

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❓ 看完這篇po文的demo影片，或許有些學員會感到疑惑，這影片的跑馬燈功能，豈不是在學校課程裡面就看過/做過了? 這不是都很簡單嗎? 

 

不用擔心 🥸，其實這些表面上簡單的demo功能的背後，其實有著許多深入的學問和需要學習的基礎觀念，在業界做深入的技術問題時很可能會需要這些觀念，而許多大學學校課程不一定會詳細教背後詳細原理，也可能是學員過去從來沒有仔細思考過的較深入的基礎內容。

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以這個po文的demo影片內容來舉例背後涵蓋的基礎內容，例如: 

👉 以8051實際實作範例說明低階語言 (組合語言，Assembly Language)與C語言(高階語言)的實際差異介紹

👉 介紹8051 指令集 (組合語言 其實即為對應指令集 的 助憶符號)

👉 MCU的原廠官方Datasheet技術手冊的基本閱讀能力

👉 MCU內部架構、GPIO架構原理(例如Port0的open drain是指什麼)、暫存器存取、記憶體組織架構

👉 MCU外部介面電子電路原理(與基礎，包含數位電路和類比電路及訊號的基本觀念)

👉 C語言的各種技巧與重點(包含8051基礎應用以外的平台的韌體開發常見內容和觀念)，韌體程式流程追蹤與撰寫

👉 整合開發環境(IDE)操作

👉 ISP燒錄韌體之方式，以及燒錄器所對應軟體之操作 

上述內容在本學習區所開設的課程內容中都會詳細講述，

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許多學校課程會講的內容，本課程當然會涵蓋到；而就連許多學校課程裡面沒講到的(詳細細節原理與實務開發經驗)，在本課程內還是會學到。

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註: 這門課的核心並不只是教你8051 Microcontroller，而是關於嵌入式系統(Embedded System)的軟硬體入門理論觀念與技術基礎，

同時也會補充許多「真正的計算機概論」的重要內容，不要懷疑，多數人不一定真的有理解過，包含: 

👉 何謂電腦?

👉 何謂嵌入式系統? 

👉 何謂跑non-OS及何謂有跑OS的電腦(計算機)系統

👉 何謂CPU? 何謂MCU(微控制器)? 何謂微處理機? 何謂SoC(系統晶片)? 

👉 產業相關職缺類別與實際可能的工作內容情況(講師分享自身的產業工作經驗與曾經輔導多位學員的經驗)

👉 以8051 MCU作為範例實作的目標教材，目標是希望學員能打下紮實的嵌入式系統基礎，課程內容中會有一系列的基礎實作教學

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• 實驗硬體平台預計為標準MCS-51(8051) MCU
• 課程內容相關文章:

• 【嵌入式系統基礎原理與實務課程】
• 【嵌入式系統SoC/MCU晶片內部IO Port結構、Open-drain(開汲極)、Push-Pull output(推挽式輸出)等相關課程內容介紹】

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於10年前，在大二暑假時期設計製作的以8051 MCU為核心的PCB電路，順便聊聊某些名校大學系所的推甄文化。

想當初就讀大學時期，除了堅持學業成績常保持在第一之外，幾乎每個寒暑假、甚至修課讀書以外的時間都自願在實驗室做專題專案度過(坦白說比起多數人的大學生活來說，真的不輕鬆，但很充實，將碩班生活提前到大學時期來過)，

當時主要為了想要多參加教育部競賽，以便推甄名校大學的碩士班。沒想到後來到了所謂名校大學，看到不少名校大學大學部直升的學生幾乎是不用花太多時間做專題，更不用積極參加校外全國競賽，很輕易就可以直升本系碩士班(有些系所真的只看考生大學就讀的校名、系名，或者看是否有認識的教授推薦，就佔了大部分的錄取因素，但如此的作法確實也錄取了許多大學時期不太用心在專業方面的直升學生，說真的不少人的專業實力在大學時期是真的沒什麼累積，就連學科理論基礎也未必比較有概念)，坦白說，時至今日，個人對某些不太客觀的推甄錄取標準現象仍感到有些感慨。

分享一下10年前，於大二升大三的暑假時期，在實驗室開發的一個小作品(印象中這個小作品後來沒有拿去正式參賽，後續我和同學們還做了另外四至五個作品專案去參加教育部舉辦的競賽，也在大三這一年內，拿到了4個教育部競賽獎項)，這是一個8051 MCU為核心的PCB電路，包含MCU韌體程式的撰寫(使用KEILC開發環境)、電路設計、PCB電路Layout和製作。這是就讀大學時期的第一個PCB電路  (記得在更久以前，在就讀高職時期，就有做過小型電子琴電路，當時也是洗板子，但印象中當時Layout好像是用手繪的方式..所以當時電子琴電路的走線沒辦法這麼筆直)。

而當時還不流行Arduino這類的現成MCU板子，所以除了韌體程式和PC端GUI程式的撰寫之外，我們大學那間實驗室的電路板幾乎都是學生們自己做電路設計、Layout設計 和 洗版製作的。

主要透過Counter計數來自8051 MCU外部的紅外線遮斷模組的訊號，並透過GPIO顯示於LCD，同時也藉由UART輸出串列資料，再藉由ICL232  IC將8051 UART訊號電氣位準轉換為RS232 Cable訊號位準，將資料傳輸資料至PC端由GUI程式做後續應用處理。

當時設計製作的PCB電路，如下FB貼文中的照片所示。

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【課程內容介紹】STM32 MCU韌體課程 之 中斷(Interrupt)機制: NVIC基本原理與應用 課程簡介

下方影片為32bits ARM Cortex-M CPU based STM32 MCU韌體課程 之 中斷(Interrupt)機制: NVIC基本原理與應用 教材實驗影片

課程內容將介紹其基礎原理觀念 與 實驗實作過程: 在基礎觀念原理方面，將會教導NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)中斷機制原理基本觀念，並說明何謂Interrupt Vector Table (中斷向量表)；何謂Nesting、Tail-Chaining、Late-Arriving等feature；何謂Interrupt priority grouping、Preemption priority (group priority)、Subpriority、EXTI與NVIC實驗較相關的內容等等，並帶領學員觀看ST官方技術文件之相關對應內容；

而在實作實驗的部分，將教導學員使用STM32CubeMX tool搭配IDE如KEILC(MDK ARM)或者STM32CubeIDE進行操作，以及介紹由講師所提供的範例程式中的重要API函數與流程。

將UART preemption priority設置較高，UART exception搶占EXTI exception flow

將兩者之preemption priority設置相同，UART exception無法搶占EXTI exception flow，按發生順序執行。

兩者之preemption priority設置相同，EXTI exception無法搶占UART exception flow，按發生順序執行。

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【課程內容介紹】【STM32】STM32 UART基礎教學之部份簡介(主要以簡易的Receive data應用為範例作教學)

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STM32_UART基礎教學之部份簡介(主要以簡易的Receive data應用為範例作教學)。

課程會介紹關於UART的基礎使用方式，包含Polling(輪詢)和interrupt(中斷)機制的差異和基本使用觀念。

而在中斷的方面，

下列影片1的情況是因為我們 沒有 讓CPU或DMA去讀(read) Receive Data Register之中的接收資料，也沒有去對RXNE flag寫0，所以RXNE flag沒有被清除，導致UART ISR flow不斷地被觸發。

影片1

而影片2的情況是因為我們讓CPU從Receive Data Register把資料給讀走(在ISR flow中呼叫使用了HAL_UART_Receive)，所以RXNE flag被清除，所以每當UART收到來自PC端(中間串接UART轉USB的module)的字元資料(character byte data)，UART ISR flow才會被觸發。

影片2

另外，在課程中也會提及blocking mode API(以HAL_UART_Receive為例) 和 non-blocking mode API(以HAL_UART_Receive_IT為例)的差異，如影片3。

影片3

影片中使用的STM32板子型號是STM32F407G-DISC1 (STM32F4-Discovery)，板子上的主MCU晶片型號是STM32F407VGT6(ARM Cortex-M4 CPU based)。

另外關於一些在ST官方手冊[1]中相關的部分:

ST RM0090官方手冊[1]

ST RM0090官方手冊[1]

題外話，注意這裡的STM32 MCU通訊功能周邊裝置的blocking/non-blocking mode API，和作業系統(如Linux)的blocking/non-blocking I/O model的意思(實際狀況)不太一樣，勿混淆。

也可於下方連結進去我於facebook的公開貼文中觀看，謝謝。

Ref: 

[1] STM32 RM0090 Reference manual Rev 19: https://www.st.com/resource/en/reference_manual/dm00031020-stm32f405-415-stm32f407-417-stm32f427-437-and-stm32f429-439-advanced-arm-based-32-bit-mcus-stmicroelectronics.pdf

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【STM32】【課程介紹】使用STM32CubeMX + KeilC(MDK-ARM) 的 STM32 (ARM based MCU)開發環境建置 開課啦

使用STM32CubeMX + KeilC(MDK-ARM) 的 STM32 (ARM based MCU)開發環境建置開課囉

主要包含以下內容:

- STM32CubeMX這款initialization code generator工具的基本使用操作

- KeilC(MDK-ARM) IDE 基本下載安裝(評估版)與使用操作

- 兩種韌體燒錄方式教學

   (1) 透過ST-Link(V2) debugger進行燒錄(以STM32 MCU之Serial Wire Debug介面進行燒錄搭配KeilC debug模式的基礎操作教學)

   (2) 搭配使用ST官方的flash loader軟體以及UART轉USB轉換線/模組，藉由STM32 MCU的USART1進行燒錄

- 基本簡易GPIO輸出驅動範例程式DEMO與教學(驗證開發環境)

- STM32 MCU基礎架構/觀念(包含帶學員瀏覽官方技術手冊)

[實際內容將可能視學員之實際狀況與進度進行調整]

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