《嵌入式技术入门与实战（基于STM32）》 课程标准

《嵌入式技术及应用》课程标准一、课程基本情况课程名称：嵌入式技术及应用英文译名：TheTechnologyandApplicationofEmbeddedSystems课程代码：******学分：4学时：64课程性质：职业技能必修课适用专业：计算机应用技术等二、课程设置（一）课程性质本课程是******专业的一门职业技能课程。本课程着重讲述嵌入式系统的体系结构和工作原理，其功能是使学生掌握嵌入式系统和嵌入式应用开发的基础知识和技能,具备从事嵌入式方向软硬件开发测试工作的基本职业能力。本课程是程序设计基础、电子技术、单片机原理及应用的后续课程，为学生进一步学习传感网应用综合实训课程奠定基础。（二）设计思路本课程的总体设计思路是遵循理实结合、符合学生学习特征的原则，参照1+x传感网应用开发等级考试标准（初级/中级/高级）的相关内容，根据******专业相应职业岗位的工作任务与职业能力分析结果，以其中嵌入式工作领域的软硬件设计、应用开发、调测维护等相关工作任务和职业能力为依据设置。课程内容的选取依据******专业人才培养方案的目标与要求，紧紧围绕完成嵌入式工作领域的软硬件设计、应用开发、调测维护等相关工作任务应具备的职业能力要求,同时充分考虑本专业学生对相关理论知识的需要,并融入1+x传感网应用开发技能标准（初级/中级/高级）的相关要求。课程内容的组织按照职业能力发展规律和学生认知规律，以项目式任务的实施为主线,对所涵盖的工作任务进行分析、转化、序化，形成通用GPIO实现跑马灯和按键、外部中断应用、串口通信、定时器基本计数应用、定时器输入捕获应用等7个学习任务。以任务为引领,通过任务整合相关知识、技能与态度,充分体现任务引领型课程的特点。本课程建议总课时数为64学时。三、课程目标通过本课程的学习,学生能熟悉嵌入式系统的基本工作原理,掌握常用的开发工具的使用方法，以及嵌入式系统软硬件设计与应用的技能等,达到1+x传感网应用开发技能标准（中级）的相关要求,形成精益求精的工匠精神和符合岗位需求的职业素养,具备勇于突破的创新精神。通过本课程的学习，可以达到如下具体目标：1.素质目标通过对嵌入式芯片行业的国情介绍，特别是国产芯片的现状介绍，激发学生爱国热情，培养学生技术报国的情怀；通过课程中学习思维和问题解决思路的培养，帮助学生养成认真的学习态度和严谨的学习和工作态度，培养优秀的职业素养；通过课程中讨论、展示作品、团队讨论等活动，锻炼学生的语言表达能力，培养学生的团队协作能力；对学生实验作品进行多维考核，培养学生逐渐形成精益求精的工匠精神；通过丰富的线上线下教学资源，个性化的作业发挥空间，以及竞赛活动的开展，培养学生勇于创新的精神。2.知识目标说明嵌入式系统的基本概念、理解嵌入式内核架构和原理；归纳STM32嵌入式系芯片片内各个基础模块（GPIO、EXTI、USART、TIMER）的工作原理，灵活应用各个基础模块开展嵌入式系统软硬件设计。3.能力目标能完成嵌入式系统软硬件简单功能的设计、开发、测试和维护，具备较好的编程能力和代码规范；能识别和解决嵌入式系统中开发和测试过程的基本问题；能有效地进行团队协作和沟通，形成良好的工作氛围并提高团队效率。。四、课程内容与要求本课程的教学内容主要包括嵌入式基础应用和综合应用两大模块，共7个单元的内容。本课程的具体内容与要求如下表所示。学习任务技能与学习要求知识与学习要求素质与学习要求教学情境设计考核评价参考学时1.嵌入式系统概述和STM32入门1.掌握嵌入式系统和STM32的基础●能复述嵌入式系统概念和软硬件组成部分●能分析Cortex-M3微处理器内核体系结构1.嵌入式系统概念●嵌入式系统定义●嵌入式系统软硬件组成讲授互动提问教师评价学生作业完成情况82.ARM系列微处理器●ARM系列微处理器的发展历●Cortex微处理器内核特点●Cortex微处理器内核体系结构●STM32系列微控制器●国产嵌入式芯片通过了解嵌入式技术的发展以及嵌入式芯片国内发展的现状，培养学生的“爱国之情，强国之心”案例教学互动提问分组讨论2.搭建开发平台●能安装STM32CubeMX环境●能安装MDKKeil5开发平台●能通过ST_link下载代码●能通过串口下载代码3.STM32CubeMX平台●STM32CubeMX功能●STM32CubeMX操作界面●固件库的概念●STM32CubeMX安装步骤先讲后做教师对学生实验完成情况进行评价，评价学生的职业技能；4.MDKKeil5开发环境●Keil5集成开发环境的功能●Keil5安装步骤●Keil5操作界面●Keil5的编译和下载配置先讲后做3.STM32F4芯片详解●能设计STM32最小系统●能通过原理图了解开发板有哪些硬件资源5.STM32F4最小系统●最小系统的组成●最小系统各模块的硬件电路●实验板上的硬件资源讲授互动提问实物演示对学生课堂表现，作业情况来进行评价2.通用和复用功能IO模块原理与应用1.实现LED跑马灯功能●能够通过STM32CubeMX实现GPIO作为输出模式初始化配置●能够通过调用HAL库函数实现GPIO作为输出模式的赋值操作●能够对GPIO输出实现LED灯闪烁功能代码进行调试和问题解决●能够通过仿真手段验证开发的功能；1.GPIO的输出原理●GPIO的概念●GPIO基本工作模式●GPIO的内部结构●推挽输出的内部结构和工作原理●开漏输出的内部结构和工作原理个人需要像GPIO一样的良好的人际交往能力，培养良好的职业素养案例教学任务驱动示范演示互动讨论通过对学生实验报告情况、现场互动情况进行评价，评价其技能掌握程度16实现位操作●能够通过代码实现位操作的使用●学会使用datasheet和芯片手册等相关资料查看芯片的配置和使用方法2.位操作原理●位操作的概念●位带别名区的计算●位操作的优点学生在学习中也要有这种为提高效率而精益求精的态度，培养学生追求卓越的大国工匠精神任务驱动示范演示通过验收学生实验效果，评价学生技能掌握程度3.时钟系统●各种时钟源●时钟输出●总线时钟时钟精度不同对应不同的应用场景，培养专研的精神讲授互动提问案例通过课堂提问，评价学生知识掌握程度3.实现按键检测功能●能区分上拉、下拉、浮空以及模拟输入的区别和工作场景●能在STM32CubeMX实现GPIO作为输入的配置●能看懂HAL库函数代码中相关寄存器的配置4.GPIO的输入原理●GPIO作为输入时的内部结构原理●各输入模式的工作原理●输入数据寄存器的格式和参数的含义通过项目式开发流程循序渐进的思路讲解，培养学生踏踏实实打基础的耐心先讲后做任务驱动示范演示互动讨论教师对实验报告、课堂提问进行评价，评价技能和知识掌握程度3.STM32外部中断原理与应用1.实现外部中断按键功能●学会STM32CubeMX外部中断的初始配置●能用外部中断服务函数编写用户代码●能在KeilMDK上调试和验证外部中断功能外部中断的原理●外部中断EXTI内部结构●外部中断和GPIO的映射关系●嵌套中断向量控制器NVIC的优先级控制规则●向量表概念●中断服务函数中断比喻成平时学习生活的各种事件的安排，需要学会安排优先级，合理利用时间，做好个人规划，培养良好的职业素养先讲后做任务驱动示范演示自学探究教师对实验报告、课堂提问进行评价，评价技能和知识掌握程度44.STM32串口通信原理与应用实现串口和PC的通信●能使用STM32CubeMX进行串口通信参数初始化配置●能使用HAL库串口通信收发函数实现串口收发功能的开发●能在KeilMDK上完成串口通信功能调试与验证串口通信的原理●串口通信的基本特点●STM32串口模块的结构和工作原理波特率的寄存器配置和计算获得方法●串口收发机制通过串口通信的特点，强调好的沟通能力是生活、学习和工作中的一剂良药先讲后做任务驱动法示范演示法自学探究教师对实验报告、课堂提问进行评价，评价技能和知识掌握程度45.定时器原理与应用1.实现LED灯闪烁功能●能使用STM32CubeMX进行定时器基本计数功能的初始化配置●能使用定时器中断进行LED灯的开关控制的代码开发●能在KeilMDK上完成定时器中断功能的调试与验证1.基本定时功能●定时器的基本分类●定时器工时钟源的选择●定时器时基单元的工作原理●计数周期的计算●定时器更新中断通过对精确定时的一种严格要求，培养学生做事严谨的态度和优良的职业素养先讲后做任务驱动法示范演示法实验法自学探究教师对实验报告、课堂提问进行评价，评价技能和知识掌握程度162.实现输入捕获脉宽测量功能●能使用STM32CubeMX实现定时器输入捕获功能的初始化配置●能通过代码实现实际的按键脉冲时长的测量功能●能在KeilMDK上完成定时捕获测量脉宽功能的调试与验证2.输入捕获工作原理●STM32上支持输入捕获功能的定时器●定时器输入捕获内部功能结构●输入捕获测量脉宽的工作原理●捕获时间的计算方法通过知识的学习和应用，培养学生的创新精神先讲后做任务驱动法自学探究互动讨论教师对实验报告、课堂提问进行评价，评价技能和知识掌握程度6.综合实践大作业1.大作业选题●能通过小组讨论和查看资料选择合适的题目●能结合实际，给出具有一定应用价值的选题●能现场发言讲清楚选题内容知识的综合应用●嵌入式系统中各个模块的工作原理●嵌入式系统中各个模块的内部功能结构●嵌入式系统中各个模块的内部功能结构鼓励学生发挥创新精神，选题具有新颖性和创新性。分组讨论头脑风暴分组教学互动讨论教师评价学生现场选题情况162.实现大作业作品●能综合应用嵌入式基础开发方法，设计具有实际应用价值的作品●能利用芯片资料、硬件电路以及开发指导手册自主的开展综合功能开发。●能完成代码的调试和功能的验证●能做好小组讨论和任务分工发挥团队的合作精神，提升个人的交流和表达能力培养综合素质合作探究分组讨论分组教学学生自评3.答辩能现场完整演示作品效果能现场讲清楚作品的嵌入式开发原理能现场给出关键代码分析互动讨论教师评价学生作品答辩，评价技能综合应用能力机动课时考核课时64总课时64五、实施建议（一）教材选用或编写建议教材：陈启军,《嵌入式系统及其应用》,同济大学出版社,2015年第3版选用的依据:理论和实践结合，适合应用型教学需求参考书：1.《STM32F4开发指南(精英版)-HAL库版本_V1.0.pdf》2.宋岩译.《ARMCortex-M3权威指南》，北京航空航天大学出版社,2009年第1版3.刘火良等.《STM32库开发实战指南》,机械工业出版社,2013年第1版4.STM32中文参考手册_V10.pdf（二）教学实施建议本课程采用项目式教学模式，改革传统的理论知识和实验操作分离的教学方式，采用线上线下混合式教学方法，以项目任务的达成为主线开展教学，以任务完成为目标。项目任务结合线上线下教学方法。以教学内容中模块一为例，每个单元都对应具体的项目实训内容，教师“做中教”，学生“做中学”，每个项目的具体过程分五步：具体实施过程中教学方法的使用：1、采用任务驱动法，将理论知识点融入到实际任务中，结合任务的要求由浅入深的讲解原理；2、通过课后提供视频和文档材料让学生完成自主学习，课内讨论、成果展示等形式，跟踪学生知识和技能掌握的情况；3、重视知识和技能的巩固，大模块的知识分散到2~3此课程，增加一次小结和课堂练习，做到学生问题的闭环，技能和知识的巩固。（三）教学评价建议课程评分组成：平时成绩：50%，平时成绩的考核包含了课堂考勤、项目任务完成情况和实验报告、课堂回答问题情况、教学平台学生自学统计等。大作业：50%评价反馈机制：采用问卷调研，学生自主反馈等形式，评估教师的教学