《嵌入式系统开发》课程教学大纲

《嵌入式系统开发》教学大纲一、课程基本信息课程名称嵌入式系统开发CourseName课程编码CTL421821020开课院部控制科学与工程学院课程团队测控仪器学分2.0课内学时32讲授24实验8上机0实践0课外学时0适用专业本研一体化班（电气信息类）授课语言中文先修课程数字电子技术、微机原理课程简介（限选）本课程是电气信息类专业限选课，通过学习使学生了解嵌入式系统的基本原理，具有针对实际工程问题进行嵌入式系统分析与设计的能力。掌握基于STM32处理器的嵌入式系统开发的技术，包括工具软件的使用，处理器的各种接口和常用外设的使用方法，嵌入式操作系统FreeRTOS的原理和使用方法，能根据实际需求设计嵌入式系统硬件和软件。通过本课程的学习，使学生掌握基于STM32处理器和的嵌入式系统的硬件和软件设计方法，具有设计和开发嵌入式系统的能力。Thisisaselectivecourseforstudentswhomajorinelectricalengineering.Afterlearningthiscourse,studentscanunderstandtheprinciplesofembeddedsystemandgaintheabilityofanalyzinganddesigningembeddedsystemsforpracticalengineeringproblems.StudentscanmasterthetechniquesofdesigningembeddedsystemsbasedonSTM32seriesMCUs,suchastheusagesofsoftwaretools,theusagesofvariousinterfacesandperipheralsofSTM32processors,theusagesofembeddedoperatingsystemFreeRTOS.Thustheycandesignembeddedhardwareandsoftwaresystemsforpracticalrequirements.Bylearningthiscourse,studentscanmasterhardwareandsoftwaredesignmethodwithSTM32processors,andgainabilitiestodesignanddeveloppracticalembeddedsystems.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：针对实际工程问题，能够认识到嵌入式系统设计有多种方案可选择，能从工程实际需求、成本、技术可行性等方面进行分析，确定合适的解决方案。是2.42.42M2目标2：掌握STM32处理器硬件资源和软件模块资源，能根据实际需求设计可行的嵌入式系统硬件和软件设计方案。是4.14.13M3目标3：掌握用于STM32开发的最新免费工具软件和驱动程序的使用，包括STM32CubeMX、STM32CubeIDE、HAL驱动库、嵌入式操作系统FreeRTOS等。是5.25.24M4目标4：能够针对实验任务或设计任务完成的过程和结果撰写项目报告，能进行结果展示和讲解。是10.110.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章嵌入式系统概述本章重点难点：不同系列嵌入式处理器和嵌入式操作系统的功能特点。////21.1嵌入式系统概述介绍嵌入式系统的基本概念、发展历史和应用M10.5讲授0.5自学31.2嵌入式处理器各种单片机、DSP、ARM等处理器，重点介绍Cortex系列ARM处理器M11讲授1自学41.3嵌入式操作系统介绍μC/OS-II,FreeRTOS，Linux,Android等嵌入式系统的特点及适用场景M10.5讲授0.5自学5第2章STM32嵌入式系统开发基础本章重点难点：STM32开发板的基本使用，STM32CubeMX和STM32CubeIDE软件的开发流程。////62.1STM32处理器结构和接口功能STM32系列处理器的内部结构和接口资源，特别是STM32F407处理器M20.5讲授，讨论0.5自学72.2开发板主要外围设备和接口电路STM32F407开发板的主要功能结构，外围设备的接口电路M20.5讲授，讨论0.5自学82.3STM32CubeMX软件的基本使用使用STM32CubeMX软件进行STM32MCU图形化配置的方法，生成初始化代码M32讲授，讨论2作业，自学92.4STM32CubeIDE软件的基本使用STM32CubeIDE软件的基本使用，STM32CubeMX生成的初始化项目代码的结构分析M32讲授，讨论2作业，自学10第3章中断系统和外部中断本章重点难点：STM32F4的中断系统和中断处理，中断优先级的意义////113.1STM32F407的中断系统和中断向量表中断向量表，中断优先级M2,M31讲授，讨论1作业，自学123.2外部中断的使用外部中断的原理和使用。实例：以外部中断方式获取按键输入。M2,M31讲授，讨论1作业，自学133.3实验1：GPIO和EXTI中断的使用使用中断方式检测按输入，控制蜂鸣器发声和停止M3,M42实验2写实验报告14第4章FSMC接口与TFTLCD驱动本章重点难点：TFTLCD触摸屏接口和驱动程序的使用////154.1FSMC与TFTLCD触摸屏接口原理FSMC接口功能，FSMC与TFTLCD触摸屏的接口电路原理M2,M31讲授，讨论1作业，自学164.2TFTLCD驱动电路的初始化与驱动程序的使用FSMC驱动TFTLCD硬件初始化程序原理，LCD驱动程序的基本使用M2,M31讲授，讨论1作业，自学17第5章定时器的使用本章重点难点：定时器的PWM输出、输入捕获等功能////185.1定时器的类型和功能基本定时器、通用定时器、高级控制定时器的各种功能M2,M31讲授，讨论1作业，自学195.2基本定时功能使用基本定时器实现定时功能。实例：定时1秒让LED闪烁。M2,M30.5讲授，讨论0.5作业，自学205.3PWM输出控制使用通用定时器的PWM输出功能，输出不同频率和占空比的信号M2,M30.5讲授，讨论0.5作业。自学215.4实验2：DS18B20温度数据采集和LCD显示使用基本定时器，定时采集DS18B20温度数据并在LCD上显示M3,M42实验2写实验报告22第6章RTC的使用本章重点难点：RTC的周期唤醒和闹钟的使用////236.1RTC的工作原理RTC的时钟源设置，内部功能结构，闹钟、周期唤醒等功能的作用M2,M31讲授，讨论1作业，自学246.2闹钟和周期唤醒功能的使用闹钟的时间设置，周期唤醒的作用。实例：在LCD上每1秒刷新显示时间M2,M31讲授，讨论1作业，自学25第7章FreeRTOS嵌入式操作系统本章重点难点：FreeRTOS嵌入式操作系统模块组成，在STM32CubeMX和STM32CubeIDE中的使用方法，多任务、任务间同步等功能的原理和应用。////267.1在STM32CubeMX中使用FreeRTOSFreeRTOS的功能结构，在STM32CubeMX中对FreeRTOS进行配置M2,M31讲授，讨论1作业，自学277.2使用FreeRTOS的项目程序结构STM32CubeMX导出项目代码功能结构，FreeRTOS的配置初始化,如何插入用户功能代码M2,M31讲授，讨论1作业，自学287.3多任务多任务与任务优先级的概念，任务的创建、挂起和恢复，任务初始化和启动M2,M32讲授，讨论2作业，自学297.4中断和时钟中断处理过程，中断级任务切换，任务的延时M2,M32讲授，讨论2作业，自学307.5任务的同步与通讯任务的同步与事件，信号量及其操作，互斥型信号量，消息队列及其操作M2,M35讲授，讨论3作业，自学317.6实验3：基于FreeRTOS的DS18B20温度采集、显示与存储使用FreeRTOS的多任务功能，实现多任务的DS18B20温度采集、显示与存储M3,M42实验2写实验报告32第8章综合设计任务方案讲解与讨论本章重点难点：嵌入式系统方案设计，设计方案的演示和讲解////338.1硬件和软件设计方案学生根据综合设计任务的要求，运用本课程所学知识，设计具体的硬件和软件实现方案。M1,M2,M42讨论2报告，讲解四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.平时小任务完成的实效性，正确性10%2实验1.有6个学时实验，分3次实验2.成绩采用百分制，根据实验完成情况评分3.考核学生对所学STM32开发技术的掌握情况20%3大作业1.学生从布置的多个任务中选择一个，或自拟任务2.任务完成情况现场检查，包括演示、讲解和问答。3.提交大作业报告40%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对嵌入式系统开发的一些基本概念和原理的掌握情况，以填空、简单、分析设计题为主。30%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1实验30%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]2M1大作业50%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]3M1期末考试20%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]4M2平时作业20%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]5M2实验20%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]6M2大作业40%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]7M2期末考试20%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]8M3平时作业20%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]9M3实验30%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]10M3大作业50%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]11M4实验50%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]12M4大作业50%[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]评分等级说明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B]=[80-100,0-79]六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书|FreeRTOS源码详解与应用开发----基于STM32,左忠凯,北京航空航天大学出版社,2017,ISBN:9787512423954.2图书|轻松玩转STM32Cube,杨百军,电子工业出版社,2017,ISBN:9787121322372.3图书|STM32库开发实战指南-基于STM32F4,刘火良，杨森,机械工