嵌入式控制系统课程教学大纲

嵌入式控制系统课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：201404133课程中文名称：嵌入式控制系统课程英文名称：EmbeddedControlSystem课程性质：专业选修课程开课专业：自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化、探测制导与控制技术开课学期：5总学时：32（其中理论24学时，实验8学时）总学分：2二、课程目标课程总体目标：《嵌入式控制系统》是一门工程性很强的专业选修课。本课程的任务是主要讲解嵌入式控制系统原理及应用。通过本门课程的学习，使学生了解嵌入式控制技术的一些基本概念、基本理论和方法。通过讲述ARM微处理器结构及指令系统，嵌入式系统硬件结构、系统的设计与分析等内容，使学生了解嵌入式系统实用性强、理论和实践相结合、软硬件结合等特点，基本掌握嵌入式系统原理及分析与设计方法。学生通过运用嵌入式控制的技术方法、思维方式，能够对复杂工程问题明确设计需求，设计解决方案。能够运用专业知识对嵌入式技术相关的复杂工程问题进行研究。结合具体情况进行实践，能达到理论联系实际、活学活用的基本目标，提高动手能力和应用技能，并使学生养成善于观察、独立思考的习惯，通过实践环节训练使学生具备不断学习、适应测控技术领域发展的能力。具体目标如下：1、理解嵌入式技术的基本概念和基本原理。2、理解嵌入式微处理器的体系结构及内部工作机制。3、掌握嵌入式微处理器的指令系统，能够实现基本的嵌入式程序设计。4、掌握嵌入式系统硬件的工作原理，能够设计出嵌入式最小系统。5、通过对实际系统的分析，能够选择适当的处理器设计出嵌入式控制系统。6、通过实践环节训练使学生具备实际设计嵌入式控制系统的能力、适应嵌入式技术领域发展的能力。三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）通过本课程的学习，培养学生具备应用嵌入式技术相关知识的能力，能够解决嵌入式系统设计过程中系统分解、处理器选择、外围芯片选择、嵌入式软件分析设计等问题，形成自主设计和搭建嵌入式系统的能力，具备以下素质：1、通过学习使学生了解ARM器件的发展过程及现状，ARM器件在近代信号领域内的作用、地位和应用；2、通过学习使学生掌握ARM芯片的基本结构，了解各种ARM芯片的特征，掌握ARM器件性能指标的评价标准，了解国外ARM主流厂商和产品，具备ARM芯片选型开发的能力；3、通过学习掌握ARM的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法,具有应用汇编及C语言进行软件开发的能力，具备开发简单ARM软件的能力；4、通过学习掌握嵌入式微控制器的硬件资源、指令系统，并以它为核心，能够进行实际系统的设计与分析，具备独立进行ARM系统设计能力。四、教学内容与学时分配1绪论（2学时）1.1嵌入式系统的定义、嵌入式系统的要求、以微处理器为核心的应用、嵌入式系统设计所面临的问题、嵌入式系统的设计过程。1.2嵌入式处理器简介、嵌入式处理器的分类2ARM体系结构（6学时）2.1ARM简介ARMTDMI处理器核的特点、ARM体系结构、ARMTDMI功能信号。2.2ARM处理状态和模式处理器模式、处理器状态。2.3ARM存储器组织存储器格式、存储器映射I／O、内部寄存器。2.4异常异常类型、异常的优先级及向量表、异常的进入和退出。2.5ARM寻址方式ARM处理器支持的基本寻址方式。3ARM指令系统（6学时）3.1ARM指令集存储器访问指令、数据处理指令、分支指令、协处理器指令、杂项指令、伪指令。3.2Thumb指令集存储器访问指令、数据处理指令、分支指令、中断和断点指令、Thumb伪指令。4ARM硬件结构（10学时）4.1LPC2000系列ARM简介特性、器件信息、结构4.2引脚描述4.3存储器寻址片内存储器、片外存储器、存储器映射、系统启动代码4.4系统控制模块时钟系统、唤醒定时器、锁相环、存储器映射控制、功率控制4.5存储器加速模块工作原理、操作模式、寄存器、配置4.6外部存储器控制器引脚描述、寄存器描述、存储器接口、总线时序4.7引脚连接模块控制寄存器、GPIO4.8向量中断控制器寄存器描述、中断处理、FIQ中断、向量/非向量中断4.9最小系统最小系统的框图、电源、时钟、存储器系统、调试与测试接口。五、教学方法及手段采取研讨式的教学的方式，多媒体教学方法与板书教学相结合的方式。1、以课堂教学形式达成课程目标（1）采用启发式教学、鼓励学生自学、培养学生自学能力，贯彻少而精的原则，精选教学内容，精讲多练。（2）采用传统授课模式与多媒体教学相结合的方法；在讲课过程中给出各章节主要专业名词的英语单词，培养学生阅读相关外文文献的能力。（3）从嵌入式控制系统的设计流程出发，由一般系统到特殊系统进行论述，让学生理解此过程并引导培养学生创新设计意识的建立。（4）引导学生掌握嵌入式芯片体系结构的相关概念、基本特性、分析方法、以及书中的精选习题，增进分析和解决实际问题的能力，扩展学生知识面，激发学习兴趣。（5）综合考虑本课程在课程体系中的作用和授课时间节点的要求，以问题提出、思想方法、内容归纳、案例应用为授课陈述路线，详细讲述相关理论信息，以及典型应用习题，加深学生对知识的理解。2、以实践性教学形式达成课程目标本课程安排4次共8学时实验，采用分组形式完成，每组3人。实验包括ARM基础实验、LED控制及综合实验。3、以研讨式的教学达成课程目标根据授课情况和学生理解程度设置，围绕1.1节中的嵌入式系统的设计进行课堂讨论，启发、引导学生参与从具体嵌入式系统问题的提出到建立简单解决方案的思维过程。题等。六、实验（或）上机内容实验一：ARM基础实验自行设计ARM汇编程序并调试；设计串行通讯程序实现上下位机通讯功能，由上位机控制小灯以不同方式亮和灭。实验二：键盘及LED驱动实验通过按键控制数码管显示不同的16进制数，同时将显示内容以串行通讯方式发送至上位机；上位机也可以用串行通讯方式控制数码管的显示内容。实验三：电机控制实验（实验三、四为选做实验，任选其一）通过按键方式、或上位机以串行通讯方式控制PWM定时器占空比，控制直流电机或步进电机的转速。实验四：自拟综合实验根据课程的专业特点，学生自己拟定综合项目并完成，达到创新能力培养的要求。实验一、二为必做实验，实验三、四为选做实验，任选其一。七、前续课程、后续课程前续课程：模拟电子技术、数字电子技术、微型计算机原理与接口技术后续课程：数字信号处理八、参考教材及学习资源[1]周立功.ARM嵌入式系统基础教程（第二版）.北京航空航天大学出版社，2008.[2]章亚明.嵌入式控制系统应用设计.北京邮电大学出版社，2010[3]王绍伟.嵌入式微系统.机械工业出版社，2016.九、考核方式教学基本要求项考核形式占总成绩的比例1.通过学习使学生了解ARM器件的发展过程及现状，ARM器件在近代信号领域内的作用、地位和应用；2.通过学习使学生掌握ARM芯片的基本结构，了解各种ARM芯片的特征，掌握ARM器件性能指标的评价标准，了解国外ARM主流厂商和产品，具备ARM芯片选型开发的能力；3.通过学习掌握ARM的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法,具有应用汇编及C语言进行软件开发的能力，具备开发简单ARM软件的能力；4.通过学习掌握嵌入