职业技术学院智能互联网络技术专业《物联网嵌入式技术应用》课程标准

《物联网嵌入式技术应用》课程标准1.基本信息课程名称：物联网嵌入式技术应用课程代码：61030706C课程类型：理论+实践课程总学时：78其中：理论课时：46，实践课时：32）标准适用专业：物联网工程技术专业代码：6103072.课程定位《物联网嵌入式技术应用》课程是高职高专物联网工程技术专业的一门重要的专业拓展与接口技术》。本课程主要介绍STM32微控制器在物联网嵌入式应用中所需的基础知识、硬件外设的工作原理及其编程开发的相关技术。通过本课程学习，掌握智能产品开发相关岗位所需的嵌入式技术的基础知识，掌握STM32微控制器及其外设的工作原理，能熟练操作常用的STM32微控制器集成开发工具，会根据应用需求搭建嵌入式微控制器小系统并完成项目的编程开发，为今后从事智能产品研发等相关工作做准备。（一）总体目标通过对《物联网嵌入式技术应用》课程的学习与实践，使学生理解ARMCortex-M3系列微控制器的体系架构，掌握STM32系统时钟的配置，理解相关接口总线的协议及使用细节。掌握基于STM32系列微处理器的多机通信系统构建及编程应用技巧。掌握智能产品开发相关岗位所需的嵌入式技术的基础知识，为后续的嵌入式开发综合应用储备知识与技能。融理论知识教学和技能训练项目于一体，培养学生的关键岗位职业能力。（二）分项目标1.知识目标（1）理解STM32MCU结构组成及作用；（2）理解STM32MCU存储器映像；（3）理解STM32MCU系统时钟及其相关寄存器概念；（4）掌握STM32MCU系统时钟配置方法；（5）理解GPIO结构及相关寄存器；（6）掌握GPIO的配置方法；（7）掌握STM32微控制器最小系统构成；（8）掌握利用库函数实现GPIO；（9）理解利用寄存器方式实现GPIO；（10）理解基于STM32F103系列的LCD的基本应用；（11）理解USART典型应用步骤及常用库函数；（12）理解USART初始化子程序、发送子程序、接收子程序；（13）理解SPI总线的工作原理及通信协议；（14）理解SPI结构及相关寄存器；（15）理解SPI接口编程方法；（16）理解I2C总线的工作原理及通信协议（17）理解I2C结构及相关寄存器（18）掌握I2C接口编程方法（19）理解TIM的基本结构及相关寄存器（20）掌握TIM实现PWM输出的编程方法（21）理解ADC结构及相关寄存器（22）掌握ADC编程方法（23）掌握NVIC的基本原理及基本操作（24）掌握EXTI、USART、TIM、ADC中断的使用方法（25理解I2C与SPI和USART使用的相同及不同之处（26）理解DMA基本概念（27）理解STM32微控制器DMA的编程方法2.技能目标（1）会建立并配置基于STM32F3标准外设库的工程（2）会设计STM32微控制器最小系统（3）会根据应用需求进行系统时钟配置（4）会根据应用需求进行GPIO端口配置（5）会建立并配置基于STM32F103系列标准外设库的工程（6）会USART的使用方法（7）会工具软件的使用方法，特别是程序调试方法（8）会SPI的使用方法（SPI的基本操作步骤）（9）会I2C的使用方法（I2C的基本操作步骤）（10）会辨别I2C与SPI和USART使用方法的异同（11）会应用TIM实现PWM输出（12）会确定TIM输出矩形波的周期，脉宽（13）会用ADC规则通道实现外部输入模拟信号的模数转换（14）会用ADC注入通道实现内部温度传感器的温度测量（15）会用中断方式实现按键操作（16）会用中断方式实现USART操作（17）会用中断方式实现TIM操作（18）会用中断方式实现ADC操作（19）会DMA的基本操作（20）*会运用DMA方式实现USART操作（21）*会运用DMA方式实现ADC操作3.方法目标（1）具有自主探索学习能力；（2）具有合作学习能力；（3）*具有提出问题、解决问题并进行创新的能力。4.素质目标（1）培养良好的劳动纪律观念,遵守工作制度；（2）养成积极分析、处理实际问题的良好习惯和细心、认真、严谨的工作态度，具有团结协作能力，能根据工作任务进行合理地分工，互相帮助、协作完成工作任务；（3）养成爱护和正确使用仪器设备的习惯；（4）培养认真做事，细心做事的态度。养成收集、整理资料，总结工作经验教训，进行文件归档等良好的工作习惯；（5）*养成分析与总结问题的习惯。学习项目1嵌入式系统概述1.知识内容与要求（1）了解STM32MCU结构组成及作用；（2）理解STM32MCU存储器映像；（3）理解STM32MCU系统时钟及其相关寄存器概念；（4）掌握STM32MCU系统时钟配置方法；（5）了解Cortex-M3微处理器；教学重点：存储器映像、系统时钟配置。2.技能内容与要求（1）会配置STM32MCU系统时钟（2）会安装并使用KeiluVision5集成开发环境教学重点：系统时钟配置学习项目2通用并行接口GPIO1.知识内容与要求（1）理解GPIO结构及相关寄存器（2）掌握GPIO的配置方法（3）掌握STM32微控制器最小系统构成（4）掌握利用库函数实现GPIO（5）理解利用寄存器方式实现GPIO（6）理解STM32F103系列标准外设库的工程（7）基于STM32F103系列的LCD的基本应用教学重点：STM32微控制器最小系统、GPIO的配置方法、利用库函数实现GPIO2.技能内容与要求（1）会建立并配置基于STM32F3标准外设库的工程（2）会设计STM32微控制器最小系统（3）会根据应用需求进行系统时钟配置（4）会根据应用需求进行GPIO端口配置教学重点：基于STM32F103系列标准外设库工程的建立及配置、STM32微控制器最小系统、GPIO端口配置、系统时钟配置学习项目3通用同步/异步收发器接口USART1.知识内容与要求（1）理解USART结构及相关的寄存器（2）理解USART典型应用步骤及常用库函数（3）理解USART初始化子程序、发送子程序、接收子程序（4）掌握运用调试助手调试和运行目标程序流程教学重点：USART典型应用步骤及流程2.技能内容与要求（1）会USART的使用方法（2）会工具软件的使用方法，特别是程序调试方法教学重点：USART使用方法、程序调试方法学习项目4串行设备接口SPI1.知识内容与要求（1）理解SPI总线的工作原理及通信协议（2）理解SPI结构及相关寄存器（3）理解SPI接口编程方法（4）理解SPI接口的硬件连接教学重点：SPI编程流程及方法2.技能内容与要求（1）会SPI的使用方法（SPI的基本操作步骤）（2）会辨别SPI及UART使用方法的异同教学重点：SPI编程方法及流程学习项目5内部集成电路总线接口I2C1.知识内容与要求（1）理解I2C总线的工作原理及通信协议（2）理解I2C结构及相关寄存器（3）掌握I2C接口编程方法（4）理解I2C与SPI和USART使用的相同及不同之处教学重点：I2C接口编程方法2.技能内容与要求（1）会I2C的使用方法（I2C的基本操作步骤）（2）会辨别I2C与SPI和USART使用方法的异同教学重点：I2C接口编程方法及流程学习项目6定时器TIM1.知识内容与要求（1）理解TIM的基本结构及相关寄存器（2）掌握TIM输出比较功能的使用方法（3）掌握TIM输入扑捉功能的使用方法（4）掌握TIM实现PWM输出的编程方法教学重点：TIM输入输出方法的使用2.技能内容与要求（1）会应用TIM实现PWM输出（2）会确定TIM输出矩形波的周期，脉宽教学重点：TIM实现PWM输出学习项目7模数转化器ADC1.知识内容与要求（1）理解ADC结构及相关寄存器（2）掌握ADC规则通道的使用方法（3）掌握ADC注入通道的使用方法（4）掌握ADC编程方法教学重点：ADC编程方法2.技能内容与要求（1）会用ADC规则通道实现外部输入模拟信号的模数转换（2）会用ADC注入通道实现内部温度传感器的温度测量教学重点：ADC编程方法学习项目8嵌套向量中断控制器NVIC1.知识内容与要求（1）掌握NVIC的基本原理及基本操作（2）掌握EXTI、USART、TIM、ADC中断的使用方法教学重点：EXTI、USART、TIM、ADC中断的使用方法2.技能内容与要求（1）会用中断方式实现按键操作（2）会用中断方式实现USART操作（3）会用中断方式实现TIM操作（4）会用中断方式实现ADC操作教学重点：NVIC的基本操作学习项目9直接存储器存取DMA1.知识内容与要求（1）理解DMA基本概念（2）理解STM32微控制器DMA的编程方法教学重点：DMA编程方法2.技能内容与要求（1）会DMA的基本操作（2）会运用DMA方式实现USART操作（3）会运用DMA方式实现ADC操作教学重点：DMA编程方法根据工作任务与职业能力分析，为使学生会对低频稳态电路进行分析的工作，本课程设计了9个学习项目，在项目的教学实施中，进一步分解成37个学习型工作任务。具体见表表1课程教学设计表学习项目编号学习项目名称学习型工作任务建议学时项目一嵌入式系统概述 1STM32MCU结构；2STM32MCU存储器映像； 3STM32MCU系统时钟树；4Cortex-M3简介；项目二通用并行接口GPIO1GPIO结构及存储器说明； 2GPIO库函数说明；3GPIO设计实例； 4GPIO设计实现；5LCD使用；项目三通用同步/异步收发器接口USART1UART简介；2USART结构及寄存器说3USART库函数说明； 4USART设计实例；5USART设计实现；8项目四串行设备接口SPI1SPI结构及寄存器说明； 2SPI库函数说明； 3SPI设计实例；4SPI设计实现；8项目五内部集成电路总线接口I2C2C结构及寄存器说明2C库函数说明 2C设计实例2C设计实现8项目六定时器TIM1TIM结构及寄存器说明2TIM库函数说明3TIM设计实例4实时钟RTC8项目七模数转化器ADC1ADC结构及寄存器说明2ADC库函数说明3ADC设计实例8项目八嵌套向量中断控制器NVIC 8项目九直接存储器存取DMA 2USART的DMA操作3ADC的DMA操作6根据教学内容和实训室条件，采用多媒体教学的教学手段，开发和完善课程多媒体教学课件，充分利用多媒体课件信息量大、形象直观、条理分明、便于自学的特点，提高上课质量和效率。还采用智能课堂、教学资源库、相关网站和论坛等教学方法与手段，在教学过程中适时地提出疑问，要求学生通过查阅资料来解决问题，培养学生的自学能力。采用“教、学、练、做、创”一体化的教学手段，把部分课堂设在实训室，将实践教学内容揉合在整个教学过程中，边讲边练，使理论教学与实践教学有机地结合起来，使学生掌握低频线性电路的分析方法。具体见表2。表2教学方法建议表学习项目编号学习项目名称学习方法建议项目一嵌入式系统概述项目驱动教学；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学；翻转课堂。项目二通用并行接口GPIO项目驱动教学；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学。项目三通用同步/异步收发器接口USART项目驱动教学；边讲边练；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学。项目四串行设备接口SPI项目驱动教学；边讲边练；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学；翻转课堂；项目五内部集成电路总线接口I2C项目驱动教学；边讲边练；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学；翻转课堂；项目六定时器TIM项目驱动教学；边讲边练；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学；翻转课堂；项目七模数转化器ADC项目驱动教学；边讲边练；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学；翻转课堂；项目八嵌套向量中断控制器NVIC项目驱动教学；边讲边练；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学；翻转课堂；项目九直接存储器存取DMA项目驱动教学；边讲边练；分组教学；利用智能课堂进行信息化教学；翻转课堂；知识和技能的培养主要在项目实施的过程中积累和训练，因此课程考核方式采用项目考核与期末考核相结合的方式进行，在考核职业能力的同时也考核职业素养。最终考核成绩是课程结束后结合项目考核与期末考核成绩两方面对学生进行综合评价。其中项目考核占70%，期末考核占30%。项目考核：按照各项目实施技能与知识要求，在完成任务的过程中进行，采用现场操作和答辩相结合的方式。具体权重见表3。期末考核：课程结束后进行期末考核，考核采用笔试的形式，按照卷面答题情况计算得分。表3项目考核权重表教学内容成绩权重项目成绩项目成绩权重项目考核成绩项目一嵌入式系统概述知识0.30.15技能0.4方法0.2素质0.1项目二通用并行接口GPIO知识0.30.15技能0.4方法0.2素质0.1项目三通用同步/异步收发知识0.30.1器接口USART技能0.4方法0.2素质0.1项目四串行设备接口SPI知识0.30.1技能0.4方法0.2素质0.1项目五内部集成电路总线接知识0.3技能0.4方法0.2素质0.1项目六定时器TIM知识0.3技能0.4方法0.2素质0.1项目七模数转化器ADC知识0.3技能0.4方法0.2素质0.1项目八嵌套向量中断控制器NVIC知识0.3技能0.4方法0.2素质0.1项目九直接存储器存取DMA知识0.3技能0.4方法0.2素质0.1（一）教材及参考资料1．推荐教材孙光基于STM32的嵌入式系统应用[M].北京：人民邮电出版社，2019.2．参考书目（1）郭书军.ARMCortex-M3