《嵌入式系统》教学大纲

第页《嵌入式系统》教学大纲课程编号：13180322英文名称：EmbeddedSystems学分：2.5学时：总学时48学时，其中理论32学时，实践16学时先修课程：模拟电子技术，数字电子技术，单片机原理及应用课程类别：专业必修课程授课对象：自动化类学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第5学期 一、课程描述和目标嵌入式系统主要用于各种信号处理与控制，目前已在国防、国民经济及社会生活各领域普遍采用。课程通过理论教学和实际操作相结合的方法，使学生能够了解和掌握ARM嵌入式处理器的原理及其应用方法，特别是目前应用最广的STM32系列的应用方法，对后续课程的学习、自动化领域的项目设计与开发至关重要。本课程是为自动化类专业的三年级学生开设的专业课程，属于应用类课程。本课程目标要求：了解嵌入式系统体系架构、STM32体系结构、嵌入式操作系统；掌握嵌入式系统软件设计、嵌入式系统硬件设计等；使学生基本具备嵌入式系统软硬件设计开发与实现能力、及维护与配置嵌入式系统设备的能力、为以后继续学习或工作打下坚实的基础。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：掌握嵌入式系统基本概念及嵌入系统程序设计。25%课程目标2：掌握嵌入式系统实际应用于项目的设计。15%课程目标3：掌握采用嵌入式最小系统来解决实验项目的设计与功能实现。25%课程目标4：掌握采用项目团队来分析、解决复杂工程问题。35%二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重对应关系3.1能根据用户需求确定自动化工程项目的设计目标和任务课程目标11M3.4能完成设计方案并分析阐明设计的合理性课程目标21L4.1能够采用正确的实验方法分析电路与电子、自动化系统的功能、性能和控制参数课程目标31M5.2能够针对自动化领域复杂工程问题，分析与选择恰当的电路与电子、自动控制、计算机软硬件等技术和工具课程目标41H（H—高，M—中，L—低）三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求学时教学方式对应课程目标1嵌入式系统概述嵌入式系统的概念和相关背景；嵌入式处理器分类和简介；嵌入式操作系统概念、分类和常见系统简介。要求了解嵌入式系统的组成及分类，理解嵌入式系统的概念。重点是嵌入式系统概念。2集中讲授12STM32最小系统STM32最小系统设计方案；晶振电路；复位电路；仿真下载电路。理解STM32最小系统框图，掌握STM32最小系统的应用，包括仿真及下载的应用。重点是掌握STM32最小系统的应用。1集中讲授1,2,3,43STM32程序设计KEIL程序设计平台；STM32固件库；STM32指令集；应用程序设计。了解STM32指令集、掌握KEIL程序设计平台，理解STM32固件库的结构。初步掌握STM32应用程序设计方法。重点是掌握以STM32固件库为基础的C语言应用程序设计方法。难点是灵活运用STM32固件库的C语言应用程序设计方法。1集中讲授1,2,3,44STM32GPIO应用STM32GPIO；STM32GPIO功能；STM32GPIO特点；GPIO库函数；配置STM32GPIO的引脚等。理解STM32GPIO的输入输出原理，掌握STM32GPIO引脚的配置，掌握STM32GPIO的库函数的应用。重点是掌握STM32GPIO的库函数的应用。难点是灵活运用STM32GPIO的库函数的应用。4集中讲授1,2,3,45STM32中断系统NVIC嵌套中断向量控制器；STM32向量表及配置；STM32外部中断；STM32中断库函数；STM32中断服务程序设计等。了解STM32中断系统结构，掌握STM32中断通道配置和优先级配置，掌握STM32中断库函数的运用，掌握STM32中断服务程序设计。重点是STM32中断通道配置和优先级配置。难点是运用库函数对STM32中断服务程序的灵活设计。2集中讲授1,2,3,46STM32定时器STM32定时器的种类；通用定时器介绍；通用定时器基本应用程序设计；通用定时器常用模式；SysTick定时器；RTC定时器等。了解STM32定时器结构，掌握STM32定时器的初始化，掌握通用定时器的编程应用，掌握输入捕获、输入比较、PWM输出、定时输出。重点是对定时器的初始化和编程应用。难点是运用库函数灵活实现输入捕获、输入比较、PWM输出、定时输出。4集中讲授1,2,3,47DMAC应用DMAC系统结构；DMAC的初始化；DMAC的中断配置；运用库函数对DMAC编程等。了解STM32的DMAC的结构，掌握对DMAC的初始化及编程，掌握对DMAC的DMA配置和中断配置。重点是对DMAC的初始化及编程。难点是运用DMA配置，快速实现外设与内存的数据交换。2集中讲授1,2,3,48USART通信STM32的USART结构；USART的初始化；USART的中断配置；USART的DMA配置；运用库函数对USART编程等。了解STM32的USART的结构，掌握对USART的初始化及编程，掌握对USART的DMA配置和中断配置。重点是对USART的初始化及编程。难点是运用DMA配置实现USART的通信编程。6集中讲授1,2,3,49DAC应用DAC模数转换原理；STM32的DAC结构；DAC的初始化；DAC的中断配置；DAC的DMA配置；运用库函数对DAC编程等。了解STM32的DAC的结构，掌握对DAC的初始化及编程，掌握对DAC的DMA配置和中断配置。重点是对DAC的初始化及编程。难点是运用DMA配置实现DAC的编程。4集中讲授1,2,3,410ADC应用ADC与数字信号处理系统设计；STM32的ADC结构；ADC的初始化；ADC的中断配置；ADC的DMA配置；运用库函数对ADC编程等。了解STM32的ADC的结构，掌握对ADC的初始化及编程，掌握对ADC的DMA配置和中断配置。重点是对ADC的初始化及编程。难点是运用DMA配置实现ADC的通信编程。4集中讲授1,2,3,411uC/OS-II系统μC/OS-Ⅱ概述；μC/OS-Ⅱ的组成部分；μC/OS-Ⅱ移植到STM32；μC/OS-Ⅱ工作原理；任务切换的相关函数解析。了解uC/OS-II操作系统及移值概念，要求了解/OS-II系统的移植方法。重点是了解uC/OS-II操作系统的概念和移植方法。难点是uC/OS-II操作系统工作原理和移植方法。2集中讲授1合计32序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1输入与输出掌握STM32的IO配置及编程。要求：必修。2验证1,22定时与中断掌握STM32的定时器配置、中断向量配置及应用编程。要求：必修。2验证1,23捕获掌握STM32的定时器的捕获配置及应用编程。要求：必修。2验证1,24PWM掌握STM32的定时器的PWM配置及应用编程。要求：必修。2验证1,25USART掌握STM32的USART配置及应用编程，USART分别在中断方式和DMA方式下的应用编程。要求：必修。4验证1,26数据采集掌握STM32的AD配置及应用编程，利用USART在上位机显示采集数据。要求：必修。4综合1,27风扇速度控制团队合作项目，深入掌握STM32应用。要求：选修20课外1,28等精度频率计团队合作项目，深入掌握STM32应用。要求：选修20课外49电压表团队合作项目，深入掌握STM32应用。20课外410信号发生器团队合作项目，深入掌握STM32应用。20课外411多机通信团队合作项目，深入掌握STM32应用。20课外4合计16四、课程教学方法1.总体设计以课程目标为导向，项目任务为载体，课内采用仿真与实践相结合的教学方式，课后要求学生利用口袋式实验系统对项目进行举一反三，采取教、学、做一体化的方法。课堂教学方法：理论讲授、实践演示、项目讨论。实验教学方法：自主练习、个别答疑、集中指导。课外学习方法：利用口袋式实验系统完成课后团队实践项目，巩固教学内容。2.课堂教学课堂讲授：理论教学实施项目驱动教学模式，课堂教学采用仿真与实践演示相结合，每个任务都按照完整的设计开发流程进行，并展示理论设计与实践结果，激发学生的学习热情，培养分析问题和解决问题的思维。课内讨论：围绕团队项目演示作品，提出问题，引导学生进行优化、完善和补充。3.实验教学在课外学习和作业实施的基础上，通过规定的任务和集中实验，在掌握有关知识点的前提之下，完成电路设计、搭建、编程，采用口袋式实验系统演示结果。4.课外团队项目课外团队项目实践：课外项目必须按项目设计要求完成，需要团队合作，队长负责制，并给出项目报告，报告中要给出每个队员的分工及贡献率，在课程结束前，由任课老师验收，队长答辩，并给出验收成绩。五、学业评价和课程考核1．考核方式考试（√）考查（）2．成绩记载百分制（√）五级分制（）3.考核原则强化实践——强化课内外实验突出平时——注重实践训练注重能力——重点考察嵌入式系统应用电路的设计与编程能力4.成绩总评考核评价构成：平时成绩15%，闭卷考试35%，实验成绩20%，项目设计30%。（1）平时过程考核占比15%，包括平时课堂提问表现5%，平时单元项目作业10%，平时过程考核考核具体方案如表5-1。表5-1平时过程考核方案考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标占比%平时过程考核15课堂表现5课堂表现主要体现在课堂提问和课堂讨论发言等，每次发言正确加一分，加满5分为止。课程目标1100单元作业10每人随机抽查5个单元项目，每个项目2分。要求实验项目采用仿真软件或者开发系统完成，进行功能展示。课程目标1课程目标27525（2）实验成绩占20%。本课程共6个实验，实验总体得分根据6个实验总体平均分计算，每个实验考核方案如表5-2。

表5-2实验考核方案考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标占比%实验考核20根据实验要求完成实验报告，须附有实物照片说明实验完成程度。课程目标240采用开发平台编程并演示系统完成功能水平课程目标360（3）团队项目30%。每3-4人组成一队，推队长一人，按项目要求完成资料查询、原理图设计、硬件制作、软件设计、软硬件调试分析等，演示结果，按完成功能要求平分。团队项目考核方案如表5-3。表5-3团队项目考核方案考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标占比%团队项目30%根据项目技术指标完成质量及制作水平及汇报答辩情况，给出团队项目的制作成绩A，队长给出队员贡献率xi。课程目标4100根据项目要求完成团队项目报告书，须附有实物照片说明项目完成程度，给出团队项目报告书成绩B。根据队长给出的队员贡献率，计算出每个队员的成绩yiYi=(A*80%+B*20%)*(1+xi-xp)其中XP为贡献率的平均值。（4）期末成绩占35%，采用闭卷形式。期末考试卷面成绩不能低于50分，低于50分者，其课程总评成绩为不及格。期末闭卷考试的考核方案见表5-4。表5-4期末考核方案序号考察点占试卷百分比%总分对应课程目标占比%1嵌入式系统概念1035课程目标1100UC-OS系统概念10STM32资源10工业总线52STM32中断应用1545课程目标1课程目标23070STM32定时器应用20STM32串行通讯应用103S