《嵌入式系統(tǒng)》教學(xué)大綱

第頁《嵌入式系統(tǒng)》教學(xué)大綱課程編號：13180322英文名稱：EmbeddedSystems學(xué)分：2.5學(xué)時：總學(xué)時48學(xué)時，其中理論32學(xué)時，實踐16學(xué)時先修課程：模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，單片機(jī)原理及應(yīng)用課程類別：專業(yè)必修課程授課對象：自動化類學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第5學(xué)期 一、課程描述和目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)主要用于各種信號處理與控制，目前已在國防、國民經(jīng)濟(jì)及社會生活各領(lǐng)域普遍采用。課程通過理論教學(xué)和實際操作相結(jié)合的方法，使學(xué)生能夠了解和掌握ARM嵌入式處理器的原理及其應(yīng)用方法，特別是目前應(yīng)用最廣的STM32系列的應(yīng)用方法，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、自動化領(lǐng)域的項目設(shè)計與開發(fā)至關(guān)重要。本課程是為自動化類專業(yè)的三年級學(xué)生開設(shè)的專業(yè)課程，屬于應(yīng)用類課程。本課程目標(biāo)要求：了解嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)、STM32體系結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)；掌握嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計等；使學(xué)生基本具備嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計開發(fā)與實現(xiàn)能力、及維護(hù)與配置嵌入式系統(tǒng)設(shè)備的能力、為以后繼續(xù)學(xué)習(xí)或工作打下堅實的基礎(chǔ)。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo):課程目標(biāo)1：掌握嵌入式系統(tǒng)基本概念及嵌入系統(tǒng)程序設(shè)計。25%課程目標(biāo)2：掌握嵌入式系統(tǒng)實際應(yīng)用于項目的設(shè)計。15%課程目標(biāo)3：掌握采用嵌入式最小系統(tǒng)來解決實驗項目的設(shè)計與功能實現(xiàn)。25%課程目標(biāo)4：掌握采用項目團(tuán)隊來分析、解決復(fù)雜工程問題。35%二、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)權(quán)重對應(yīng)關(guān)系3.1能根據(jù)用戶需求確定自動化工程項目的設(shè)計目標(biāo)和任務(wù)課程目標(biāo)11M3.4能完成設(shè)計方案并分析闡明設(shè)計的合理性課程目標(biāo)21L4.1能夠采用正確的實驗方法分析電路與電子、自動化系統(tǒng)的功能、性能和控制參數(shù)課程目標(biāo)31M5.2能夠針對自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，分析與選擇恰當(dāng)?shù)碾娐放c電子、自動控制、計算機(jī)軟硬件等技術(shù)和工具課程目標(biāo)41H（H—高，M—中，L—低）三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容基本要求學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標(biāo)1嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)的概念和相關(guān)背景；嵌入式處理器分類和簡介；嵌入式操作系統(tǒng)概念、分類和常見系統(tǒng)簡介。要求了解嵌入式系統(tǒng)的組成及分類，理解嵌入式系統(tǒng)的概念。重點是嵌入式系統(tǒng)概念。2集中講授12STM32最小系統(tǒng)STM32最小系統(tǒng)設(shè)計方案；晶振電路；復(fù)位電路；仿真下載電路。理解STM32最小系統(tǒng)框圖，掌握STM32最小系統(tǒng)的應(yīng)用，包括仿真及下載的應(yīng)用。重點是掌握STM32最小系統(tǒng)的應(yīng)用。1集中講授1,2,3,43STM32程序設(shè)計KEIL程序設(shè)計平臺；STM32固件庫；STM32指令集；應(yīng)用程序設(shè)計。了解STM32指令集、掌握KEIL程序設(shè)計平臺，理解STM32固件庫的結(jié)構(gòu)。初步掌握STM32應(yīng)用程序設(shè)計方法。重點是掌握以STM32固件庫為基礎(chǔ)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計方法。難點是靈活運用STM32固件庫的C語言應(yīng)用程序設(shè)計方法。1集中講授1,2,3,44STM32GPIO應(yīng)用STM32GPIO；STM32GPIO功能；STM32GPIO特點；GPIO庫函數(shù)；配置STM32GPIO的引腳等。理解STM32GPIO的輸入輸出原理，掌握STM32GPIO引腳的配置，掌握STM32GPIO的庫函數(shù)的應(yīng)用。重點是掌握STM32GPIO的庫函數(shù)的應(yīng)用。難點是靈活運用STM32GPIO的庫函數(shù)的應(yīng)用。4集中講授1,2,3,45STM32中斷系統(tǒng)NVIC嵌套中斷向量控制器；STM32向量表及配置；STM32外部中斷；STM32中斷庫函數(shù)；STM32中斷服務(wù)程序設(shè)計等。了解STM32中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，掌握STM32中斷通道配置和優(yōu)先級配置，掌握STM32中斷庫函數(shù)的運用，掌握STM32中斷服務(wù)程序設(shè)計。重點是STM32中斷通道配置和優(yōu)先級配置。難點是運用庫函數(shù)對STM32中斷服務(wù)程序的靈活設(shè)計。2集中講授1,2,3,46STM32定時器STM32定時器的種類；通用定時器介紹；通用定時器基本應(yīng)用程序設(shè)計；通用定時器常用模式；SysTick定時器；RTC定時器等。了解STM32定時器結(jié)構(gòu)，掌握STM32定時器的初始化，掌握通用定時器的編程應(yīng)用，掌握輸入捕獲、輸入比較、PWM輸出、定時輸出。重點是對定時器的初始化和編程應(yīng)用。難點是運用庫函數(shù)靈活實現(xiàn)輸入捕獲、輸入比較、PWM輸出、定時輸出。4集中講授1,2,3,47DMAC應(yīng)用DMAC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；DMAC的初始化；DMAC的中斷配置；運用庫函數(shù)對DMAC編程等。了解STM32的DMAC的結(jié)構(gòu)，掌握對DMAC的初始化及編程，掌握對DMAC的DMA配置和中斷配置。重點是對DMAC的初始化及編程。難點是運用DMA配置，快速實現(xiàn)外設(shè)與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換。2集中講授1,2,3,48USART通信STM32的USART結(jié)構(gòu)；USART的初始化；USART的中斷配置；USART的DMA配置；運用庫函數(shù)對USART編程等。了解STM32的USART的結(jié)構(gòu)，掌握對USART的初始化及編程，掌握對USART的DMA配置和中斷配置。重點是對USART的初始化及編程。難點是運用DMA配置實現(xiàn)USART的通信編程。6集中講授1,2,3,49DAC應(yīng)用DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換原理；STM32的DAC結(jié)構(gòu)；DAC的初始化；DAC的中斷配置；DAC的DMA配置；運用庫函數(shù)對DAC編程等。了解STM32的DAC的結(jié)構(gòu)，掌握對DAC的初始化及編程，掌握對DAC的DMA配置和中斷配置。重點是對DAC的初始化及編程。難點是運用DMA配置實現(xiàn)DAC的編程。4集中講授1,2,3,410ADC應(yīng)用ADC與數(shù)字信號處理系統(tǒng)設(shè)計；STM32的ADC結(jié)構(gòu)；ADC的初始化；ADC的中斷配置；ADC的DMA配置；運用庫函數(shù)對ADC編程等。了解STM32的ADC的結(jié)構(gòu)，掌握對ADC的初始化及編程，掌握對ADC的DMA配置和中斷配置。重點是對ADC的初始化及編程。難點是運用DMA配置實現(xiàn)ADC的通信編程。4集中講授1,2,3,411uC/OS-II系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ概述；μC/OS-Ⅱ的組成部分；μC/OS-Ⅱ移植到STM32；μC/OS-Ⅱ工作原理；任務(wù)切換的相關(guān)函數(shù)解析。了解uC/OS-II操作系統(tǒng)及移值概念，要求了解/OS-II系統(tǒng)的移植方法。重點是了解uC/OS-II操作系統(tǒng)的概念和移植方法。難點是uC/OS-II操作系統(tǒng)工作原理和移植方法。2集中講授1合計32序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學(xué)時類型對應(yīng)課程目標(biāo)1輸入與輸出掌握STM32的IO配置及編程。要求：必修。2驗證1,22定時與中斷掌握STM32的定時器配置、中斷向量配置及應(yīng)用編程。要求：必修。2驗證1,23捕獲掌握STM32的定時器的捕獲配置及應(yīng)用編程。要求：必修。2驗證1,24PWM掌握STM32的定時器的PWM配置及應(yīng)用編程。要求：必修。2驗證1,25USART掌握STM32的USART配置及應(yīng)用編程，USART分別在中斷方式和DMA方式下的應(yīng)用編程。要求：必修。4驗證1,26數(shù)據(jù)采集掌握STM32的AD配置及應(yīng)用編程，利用USART在上位機(jī)顯示采集數(shù)據(jù)。要求：必修。4綜合1,27風(fēng)扇速度控制團(tuán)隊合作項目，深入掌握STM32應(yīng)用。要求：選修20課外1,28等精度頻率計團(tuán)隊合作項目，深入掌握STM32應(yīng)用。要求：選修20課外49電壓表團(tuán)隊合作項目，深入掌握STM32應(yīng)用。20課外410信號發(fā)生器團(tuán)隊合作項目，深入掌握STM32應(yīng)用。20課外411多機(jī)通信團(tuán)隊合作項目，深入掌握STM32應(yīng)用。20課外4合計16四、課程教學(xué)方法1.總體設(shè)計以課程目標(biāo)為導(dǎo)向，項目任務(wù)為載體，課內(nèi)采用仿真與實踐相結(jié)合的教學(xué)方式，課后要求學(xué)生利用口袋式實驗系統(tǒng)對項目進(jìn)行舉一反三，采取教、學(xué)、做一體化的方法。課堂教學(xué)方法：理論講授、實踐演示、項目討論。實驗教學(xué)方法：自主練習(xí)、個別答疑、集中指導(dǎo)。課外學(xué)習(xí)方法：利用口袋式實驗系統(tǒng)完成課后團(tuán)隊實踐項目，鞏固教學(xué)內(nèi)容。2.課堂教學(xué)課堂講授：理論教學(xué)實施項目驅(qū)動教學(xué)模式，課堂教學(xué)采用仿真與實踐演示相結(jié)合，每個任務(wù)都按照完整的設(shè)計開發(fā)流程進(jìn)行，并展示理論設(shè)計與實踐結(jié)果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思維。課內(nèi)討論：圍繞團(tuán)隊項目演示作品，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行優(yōu)化、完善和補充。3.實驗教學(xué)在課外學(xué)習(xí)和作業(yè)實施的基礎(chǔ)上，通過規(guī)定的任務(wù)和集中實驗，在掌握有關(guān)知識點的前提之下，完成電路設(shè)計、搭建、編程，采用口袋式實驗系統(tǒng)演示結(jié)果。4.課外團(tuán)隊項目課外團(tuán)隊項目實踐：課外項目必須按項目設(shè)計要求完成，需要團(tuán)隊合作，隊長負(fù)責(zé)制，并給出項目報告，報告中要給出每個隊員的分工及貢獻(xiàn)率，在課程結(jié)束前，由任課老師驗收，隊長答辯，并給出驗收成績。五、學(xué)業(yè)評價和課程考核1．考核方式考試（√）考查（）2．成績記載百分制（√）五級分制（）3.考核原則強化實踐——強化課內(nèi)外實驗突出平時——注重實踐訓(xùn)練注重能力——重點考察嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用電路的設(shè)計與編程能力4.成績總評考核評價構(gòu)成：平時成績15%，閉卷考試35%，實驗成績20%，項目設(shè)計30%。（1）平時過程考核占比15%，包括平時課堂提問表現(xiàn)5%，平時單元項目作業(yè)10%，平時過程考核考核具體方案如表5-1。表5-1平時過程考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評價細(xì)則對應(yīng)課程目標(biāo)占比%平時過程考核15課堂表現(xiàn)5課堂表現(xiàn)主要體現(xiàn)在課堂提問和課堂討論發(fā)言等，每次發(fā)言正確加一分，加滿5分為止。課程目標(biāo)1100單元作業(yè)10每人隨機(jī)抽查5個單元項目，每個項目2分。要求實驗項目采用仿真軟件或者開發(fā)系統(tǒng)完成，進(jìn)行功能展示。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)27525（2）實驗成績占20%。本課程共6個實驗，實驗總體得分根據(jù)6個實驗總體平均分計算，每個實驗考核方案如表5-2。

表5-2實驗考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評價細(xì)則對應(yīng)課程目標(biāo)占比%實驗考核20根據(jù)實驗要求完成實驗報告，須附有實物照片說明實驗完成程度。課程目標(biāo)240采用開發(fā)平臺編程并演示系統(tǒng)完成功能水平課程目標(biāo)360（3）團(tuán)隊項目30%。每3-4人組成一隊，推隊長一人，按項目要求完成資料查詢、原理圖設(shè)計、硬件制作、軟件設(shè)計、軟硬件調(diào)試分析等，演示結(jié)果，按完成功能要求平分。團(tuán)隊項目考核方案如表5-3。表5-3團(tuán)隊項目考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評價細(xì)則對應(yīng)課程目標(biāo)占比%團(tuán)隊項目30%根據(jù)項目技術(shù)指標(biāo)完成質(zhì)量及制作水平及匯報答辯情況，給出團(tuán)隊項目的制作成績A，隊長給出隊員貢獻(xiàn)率xi。課程目標(biāo)4100根據(jù)項目要求完成團(tuán)隊項目報告書，須附有實物照片說明項目完成程度，給出團(tuán)隊項目報告書成績B。根據(jù)隊長給出的隊員貢獻(xiàn)率，計算出每個隊員的成績yiYi=(A*80%+B*20%)*(1+xi-xp)其中XP為貢獻(xiàn)率的平均值。（4）期末成績占35%，采用閉卷形式。期末考試卷面成績不能低于50分，低于50分者，其課程總評成績?yōu)椴患案?。期末閉卷考試的考核方案見表5-4。表5-4期末考核方案序號考察點占試卷百分比%總分對應(yīng)課程目標(biāo)占比%1嵌入式系統(tǒng)概念1035課程目標(biāo)1100UC-OS系統(tǒng)概念10STM32資源10工業(yè)總線52STM32中斷應(yīng)用1545課程目標(biāo)1課程目標(biāo)23070STM32定時器應(yīng)用20STM32串行通訊應(yīng)用103S