ww普通高校自動化專業(yè)嵌入式技術(shù)教學(xué)的幾點思考.ppt

王 威 河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院 2009-12-09,普通高校自動化專業(yè) 嵌入式技術(shù)教學(xué)的幾點思考,引言,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為后PC 時代研究和應(yīng)用的熱點 社會上對掌握嵌入式技術(shù)的本科層次人才需求巨大 大學(xué)生應(yīng)具備什么樣的嵌入式系統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)（多種提法） 改進應(yīng)用型自動化專業(yè)嵌入式技術(shù)的教學(xué)與實踐（二本） 嵌入式測控系統(tǒng)的教學(xué)主指MCUDSPPLC等應(yīng)用系統(tǒng) 嵌入式測控系統(tǒng)的教學(xué)核心（81632位MCU為例）,主要內(nèi)容,1. 教學(xué)的結(jié)構(gòu)是arm+Linux?還是mcu+c? 2. 教學(xué)是否分層？分幾個層次？ 3. 本科教學(xué)基于8位還是16位MCU? 4. 是否教授RTOS ？ 5. 建立自動化專業(yè)嵌入式測控技術(shù)類課程教學(xué)協(xié)調(diào)機制？ 6. 全國智能車比賽的改進建議,1 教學(xué)的結(jié)構(gòu)arm+Linux? mcu+c?,自動化專業(yè)不同于計算機專業(yè)、通信工程或電子工程專業(yè)， 社會上的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系通常推薦arm+Linux?。 自動化專業(yè)擬采用mcu+c的教學(xué)結(jié)構(gòu)： 實際上自動化專業(yè)主要面向是自動化測控系統(tǒng)，在有限的教學(xué)時間和實踐條件下，“mcu+c”的教學(xué)結(jié)構(gòu)更有利于大學(xué)生掌握較深的技術(shù)細(xì)節(jié)，并真正應(yīng)用已學(xué)的知識構(gòu)建一個典型的小型自動化測控系統(tǒng)，比如設(shè)計并制作一個具有精度、穩(wěn)定度要求和較高性價比的真實溫度測控儀.。,自動化專業(yè)的教學(xué)必須突出嵌入式技術(shù)的“測控+系統(tǒng)”理念，這里所談的“測控+系統(tǒng)”是指“測量、算法、執(zhí)行”，也即必須注重檢測與傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理算法、控制理論和程序設(shè)計、電力電子和測控對象的工程特性等。 必須高度重視經(jīng)典控制理論或現(xiàn)代控制理論等算法在基于MCU的工程設(shè)計中的應(yīng)用，為“智能檢測與控制”奠定基礎(chǔ)。 “mcu+c” 的內(nèi)容只是嵌入式測控技術(shù)的靈魂核心和數(shù)據(jù)處理平臺，不是眼睛和四肢。,“測控+系統(tǒng)”理念,2 教學(xué)是否分層？分幾個層次？,自動化專業(yè)的大學(xué)生畢業(yè)后，真正從事嵌入式測控技術(shù)的大約占10-25%（包括MCUPLCDSP等應(yīng)用系統(tǒng)，這里以mcu為例），教學(xué)可分為23個層次： 認(rèn)知能力層次（基本要求） 研發(fā)能力層次（高級要求） 掌握層次（中級要求，介于以上兩層之間 ）,熟悉嵌入式測控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和方案，對嵌入式測控技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)有較深入的了解和認(rèn)識；了解嵌入式測控硬件平臺（熟悉一種8位mcu）的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠讀懂嵌入式測控硬件電路和軟件程序（C語言）；熟悉基于8位mcu的嵌入式軟件、硬件開發(fā)流程，能夠編寫簡單嵌入式測控程序?？梢哉n程和學(xué)分的形式進行，面向所有學(xué)生。,認(rèn)知能力層次,熟悉嵌入式測控技術(shù)的多種技術(shù)方案,對嵌入式測控技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)有深入的認(rèn)識和使用； 掌握2種嵌入式測控硬件平臺（一種8位mcu，一種16或32位）的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠設(shè)計嵌入式測控硬件電路和軟件程序（C語言）； 熟悉基于16或32位mcu的嵌入式軟件、硬件開發(fā)流程，畢業(yè)前，能夠獨立設(shè)計并制作完成一個具有較高精度、較高穩(wěn)定度和較高性價比的真實測控裝置。,研發(fā)能力層次,研發(fā)能力層次的學(xué)生大學(xué)畢業(yè)時, 能夠作為企業(yè)的核心成員直接參與嵌入式測控系統(tǒng)的測試、研制和開發(fā)。 可以項目制、全國大賽和創(chuàng)新學(xué)分的形式進行教學(xué)， 可作為全國大賽和創(chuàng)新學(xué)分的主力參賽隊員。 面向10-15%的對嵌入式測控技術(shù)有強烈興趣的高水平學(xué)生。,研發(fā)能力層次（續(xù)）,介于認(rèn)知能力層次和研發(fā)能力層次之間的大部分學(xué)生,約有學(xué)生總數(shù)的40-50%。熟悉嵌入式測控技術(shù)的幾種典型技術(shù)方案, 對嵌入式測控技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)有較深入的認(rèn)識和使用；掌握1種嵌入式測控硬件平臺（一種8位mcu）的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠分組設(shè)計嵌入式測控硬件電路和軟件C程序。,掌握層次,熟悉基于8位mcu的嵌入式軟件、硬件開發(fā)流程，能夠分組設(shè)計并制作完成一個具有較有精度、穩(wěn)定度和性價比要求的的課程設(shè)計，可以進行基于8位MCU的畢業(yè)課題設(shè)計，也可作為全國大賽和創(chuàng)新分的非主力參賽隊員。大學(xué)畢業(yè)時，能夠作為企業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)成員參與嵌入式測控系統(tǒng)的市場銷售和技術(shù)服務(wù)?？梢哉n程設(shè)計制和創(chuàng)新學(xué)分的教學(xué)形式進行。面向約有學(xué)生總數(shù)40-50%的對嵌入式測控技術(shù)有興趣的學(xué)生。,掌握層次（續(xù)）,作為工程應(yīng)用型人才，嵌入式測控技術(shù)主要任務(wù)是將新型的高性價比的MCU應(yīng)用于工程或產(chǎn)品的設(shè)計。 大學(xué)生在校期間，精通1種主流MCU+1種調(diào)試開發(fā)工具+嵌入式開發(fā)的C語言程序設(shè)計，進行基本工程開發(fā)的強化技能訓(xùn)練。,通識要求,3 本科教學(xué)基于8位還是16位MCU?,經(jīng)過多年的實踐和試驗，自動化專業(yè)的嵌入式測控技術(shù)的基礎(chǔ)教學(xué)以選較新型的8位機為宜。限于自動化專業(yè)學(xué)生的教學(xué)時數(shù)、認(rèn)識規(guī)律和實踐條件，新型8位機（例如S08系列）的難度和資源可以在“36學(xué)時理論教學(xué)+36學(xué)時課程設(shè)計”內(nèi)，完成認(rèn)知和掌握層次的教學(xué)。 2010年起， ARM 的32位 CORTEX-M0的問世，有可能提升本科MCU的基礎(chǔ)教學(xué)平臺。,采用S12進行了MCU的基礎(chǔ)教學(xué)，也即學(xué)生之前僅有電子技術(shù)和C程序的課程基礎(chǔ)，經(jīng)過2年8個班的教學(xué)實踐，平均效果一般，主要是培養(yǎng)了10%左右的尖子學(xué)生，大部分學(xué)生僅達到了認(rèn)知層次。 2007年改用HC08，后改用S08，效果良好，60%以上的學(xué)生都可以達到掌握的層次。MCU類的課程在2007年以后改為了選修課，學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力和學(xué)習(xí)的效果有所降低。隨著就業(yè)壓力的影響，90%以上的自動化專業(yè)學(xué)生已認(rèn)識到了嵌入式技術(shù)的重要性。,河南工業(yè)大學(xué)的實踐嘗試,4 是否教授RTOS ？,商用計算機具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口(API) ,是計算機基本組成不可分離的一部分,應(yīng)用程序的開發(fā)以及完成后的軟件都在OS 平臺上運行。 嵌入式測控系統(tǒng)則不同,小型應(yīng)用程序可以不用操作系統(tǒng)直接在集成電路上運行,但是隨著新型8位機和16位、32位機的大量應(yīng)用，以及性價比和數(shù)據(jù)處理復(fù)雜程度的提升， RTOS的重要性日漸凸顯 。,為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用MCU的系統(tǒng)資源、嵌入式測控系統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)的重要性日漸凸顯，以保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性,并減少開發(fā)時間,保證軟件質(zhì)量。 我們已在本科教學(xué)中引入S12+UCOSII（或FREE RTOS）作為開發(fā)平臺,只是教學(xué)的時數(shù)和效果的矛盾尚待處理。 希望能夠有更簡明的教材和更簡單的系統(tǒng)作為RTOS的入門教學(xué)。,河南工業(yè)大學(xué)的實踐嘗試,5 建立自動化專業(yè)嵌入式測控技術(shù)類課程教學(xué)協(xié)調(diào)機制？,目前，相對于電子、通訊、信息類的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)體系，面向IO的嵌入式測控技術(shù)類課程的教學(xué)體系和認(rèn)識在高校尚待深入的探索，在自動化專業(yè)的教學(xué)中: 如何強化理論與實踐的結(jié)合？ 如何讓更多的師生接受新型嵌入式測控新技術(shù)？ 如何可持續(xù)的推廣和開展全國智能車比賽？ 希望建立自動化專業(yè)嵌入式測控技術(shù)類課程的教學(xué)交流協(xié)調(diào)機制，推動建立國家級精品課程建設(shè)等。,6 全國智能車比賽的改進建議(管見),近5年來, 全國大學(xué)生智能車比賽吸引了越來越多的優(yōu)秀學(xué)生， 已經(jīng)發(fā)展成為涉及自動控制、電子、計算機、機械、檢測技術(shù)、模式識別等諸多技術(shù)領(lǐng)域的全國比賽。 大賽的公平、公正和富有競爭的特質(zhì)鼓勵了全國眾多高校。培養(yǎng)了一大批具有一定的技術(shù)水平、較強的實踐能力、富有激情創(chuàng)新型人才，并逐步成為中國高校工科比賽的名牌工程。,但是，經(jīng)過4屆的競賽實踐，該比賽可否進行的幾個方面的改良？ 1、比賽的規(guī)則過于強調(diào)速度，而速度是有極限的，同時它也是參賽高校綜合技術(shù)與資源實力的體現(xiàn)，導(dǎo)致大部分的獎項始終在一些擁有較豐富資源的重點高校和強勢高校中循環(huán)。國內(nèi)面大量廣的普通高校的參與度和積極性受到了抑制。不利于大賽的普及，也不利于新型MCU的普及和應(yīng)用。,2、 比賽的規(guī)則缺乏競技的分量，比賽的場地太大，參賽的趣味性和多變性亟待提高。 傳感器和執(zhí)行器的形式過于單一，光電組不準(zhǔn)加鏡頭的規(guī)則執(zhí)行有較大的困難。 實際上，基于mcu的自動化控制系統(tǒng)的形式是很多的，比如聲光電的識別、無線傳輸、新型傳感器等。 建議加大“競技”的分量，淡化競速的分量。,3、比賽的物質(zhì)技術(shù)條件對比賽結(jié)果的影響比重較大，導(dǎo)致大家競相采用較高價格的激光、高性能16位MCU，高級驅(qū)動器電路等，在某種程度影響了學(xué)生認(rèn)真深入的學(xué)習(xí)和應(yīng)用MCU的設(shè)計技術(shù)，淡化了自動化專業(yè)“測控+系統(tǒng)”理念的深入實踐。 可否改革以8位、16位等類型分組比賽，擴大參賽數(shù)量和學(xué)生受益面。,4、 比賽的分區(qū)方式中差旅成本的分量應(yīng)日漸減少（不是增加），這樣才有利于更多的高校和學(xué)生參與。 我校參加了4屆比賽，每屆的差旅費接近40%?？煞窠档捅荣惖募夹g(shù)和差旅門檻，適當(dāng)擴大分區(qū)數(shù)量，將有限的資金用于比賽的硬件投入。 另：可否改進比賽方式，減少硬件成本，擴大學(xué)生參與數(shù)量，,河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實驗室,河南工業(yè)大學(xué)-美國FREESCALE MCU&DSC聯(lián)合實驗室的始建于2005年10月，2009年二期擴建，共獲贈60余套8位、16位先進的實驗裝置與儀器。,河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實驗室 (基于飛思卡爾MCU),已出版的教材,王威主編S12微控制器原理與應(yīng)用北京航空航天出版社2007.11 王威主編嵌入式控制器S08AW原理及實踐 北航出版社 2008.12,教學(xué)研究立項項目 王威 基于聯(lián)合實驗室得多課程綜合實踐能力培養(yǎng)模式研究 吳才章 傳感器實驗教學(xué)的改革與實踐（ S08AW ） 段守敏 質(zhì)量工程下的電工電子課程建設(shè) 智能測控工程應(yīng)用型人才創(chuàng)新培養(yǎng)實驗區(qū),河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實驗室 (基于飛思卡爾MCU),科研項目鑒定和成果驗收 王威 王偉生 馬利 鄭維 糧油生產(chǎn)工況監(jiān)測及自動預(yù)警技術(shù)在油脂脫色工程的應(yīng)用 河南省科技廳 豫科農(nóng)【2008】-13 吳才章 油脂精煉生產(chǎn)線智能監(jiān)控系統(tǒng) 豫科委鑒字2008568 吳才章 基于無線通信的便攜式氧化鋅避雷器在線測試儀 豫科委鑒字2008569 馬利 王威 王偉生 鄭維 食用油吸附劑智能控制器技術(shù)研究 校基金驗收 2008.11 鄭維 基于Zigbee技術(shù)的控制器研究 ?；痱炇?2008.11,“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車比賽 20062009年獲獎,河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實驗室 (基于飛思卡爾MCU),2009年智能車參賽隊伍獲得獎項,挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競賽 （河南省一等獎）,小型智能化食用油色澤檢測儀(S12