《STM32技术及应用》教学大纲

《STM32技术及应用》教学大纲课程编号：13220417英文名称：PrincipleandofApplicationsofSTM32学分：2.0学时：总学时40学时，其中理论24学时，实践16学时先修课程：单片机原理与接口技术、传感器与检测技术课程类别：专业拓展课程授课对象：电气工程及其自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第5学期一、课程描述和目标本课程是电气工程及其自动化专业的嵌入式系统设计与应用方面的一门重要课程。在嵌入式系统基本工作原理和STM32应用方法的基础上，以实际工程应用为导向，结合电子技术、电机驱动等技术，培养学生运用数字控制技术解决自动化领域，特别是电工电子、环境监测、电机驱动等方向的实际电气工程问题的能力。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：能运用嵌入式系统基本原理和应用技巧，借助网络学习资源和文献资料，分析确定电工电子、环境监测、电机驱动等电力系统的影响因素，比较、分析和总结实施方案。课程目标2：能根据电工电子、环境监测、电机驱动等系统设计需求，完成数据采集、控制算法、驱动执行等模块的软硬件系统设计；课程目标3：理解嵌入式系统开发工程师的职业道德、社会责任和工程规范，并从设备安全和软件保护等角度在电工电子、环境监测、电机驱动等工程实践中自觉践行。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求观测点课程目标权重2.4能运用相关基本原理，借助文献研究，分析电气工程实施过程中的影响因素，通过归纳总结获得有效结论。课程目标1H3.2能够针对特定需求，完成输电、变电、配电、拖动等单元模块的设计；课程目标2M8.3理解工程师对公众的安全、健康和福祉，以及环境保护的社会责任，并能够在电气工程相关领域的工程实践中自觉履行责任。课程目标3M三、教学内容、基本要求与学时分配（一）理论教学序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1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。基本要求：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难点：嵌入式系统应用德育要求：职业道德2集中讲授课程目标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。基本要求：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难点：掌握STM32最小系统德育要求：社会责任2集中讲授课程目标13STM32程序设计：STM32固件库；STM32指令集；应用程序设计。基本要求：了解STM32指令集、理解STM32固件库的结构。初步掌握STM32应用程序设计方法重点难点：STM32固件库的灵活应用德育要求：厚德载物2集中讲授+资料查阅课程目标14GPIO应用：GPIO功能、特点；GPIO库函数及引脚配置与应用基本要求：掌握GPIO引脚的配置，与库函数应用重点难点：库函数的灵活应用德育要求：自力更生4集中讲授课程目标15STM32中断系统：TM32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。基本要求：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。重点难点：中断通道配置、优先级配置和灵活应用。德育要求：探索精神2集中讲授课程目标1课程目标26环境监测单元：温湿度参数采集、系统通讯与就地显示；采集单元；接口电路以及程序设计方法基本要求：了解不同类型传感器的使用范围，项目实施过程中各种因素对传感器选用的影响。能设计典型传感器的接口电路，能编写C语言程序完成温度采集。重点难点：通讯协议与系统安全，环境监测系统的应用与设计德育要求：工匠精神4集中讲授+资料分析课程目标1课程目标2课程目标37电机驱动单元直流电机的接口电路设计、STM32定时器以及程序设计方法。基本要求：掌握电机驱动设计方法、STM32定时器的初始化、定时中断、IC捕获、PWM输出，能具备电机速度采集、转速控制和PWM输出执行等设计和实现能力重点难点：定时器初始化和编程应用；电机驱动系统的灵活设计和应用德育要求：创新精神4集中讲授+团队讨论课程目标1课程目标2课程目标38嵌入式系统案例：通过典型案例讲解的方法，系统介绍嵌入式系统设计的方法、过程以及具体的电路图和软件流程图。同时布置课程项目设计与实物制作的任务，通过完成一个典型嵌入式系统的设计与实物制作。基本要求：了解嵌入式系统设计的方法、过程以及具体的电路图和软件流程图设计。能够针对具体任务完成系统方案设计、芯片选型、原理图设计、程序设计，完成实物制作。重点难点：设计方案的综合分析与比较；社会责任与规范践行德育要求：职业规范4项目设计与实物制作课程目标1课程目标2课程目标3合计24（二）实验教学序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1STM32开发环境搭建能安装STM32的开发环境，能利用J-Link、ST-Link或其他仿真器，实现工程项目的编写、编译、链接、下载和仿真调试。2验证课程目标22GPIO编程及应用能根据要求配置GPIO口的工作模式和参数，编写程序，完成按键控制流水灯或其他预定的功能。2验证课程目标1课程目标23STM32的中断系统编程及应用能根据要求配置中断系统的工作模式和参数，编写程序，按键信号以中断的方式控制跑马灯。2验证课程目标1课程目标24温度数据采集系统实验能设计STM32芯片与DS18B20或其他温度传感器之间的接口电路，将数据显示在LCD或者OLED屏上。4设计课程目标1课程目标2课程目标35基本定时器编程及应用能根据要求配置基本定时器的工作模式和参数，编写程序，完成LED等的闪烁功能。2验证课程目标1课程目标26电机驱动系统实验能设计STM32芯片与直流电机或者步进电机间的接口电路，通过程序控制。4设计课程目标1课程目标2课程目标3合计16四、课程教学方法（1）理论学习以集中授课的形式为主，小组讨论为辅；（2）综合项目设计以小组形式，课外分散完成集中评价。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业、课程实验、上机测试和综合设计项目（期末考核）组成，均按百分制计分，其中综合设计项目(期末考核)成绩占50%、平时作业成绩占15%、课程实验成绩占20%、上机测试成绩占15%。2.课程目标达成考核与评价序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业105152课程实验1055203上机测试105154综合设计项目10202050课程目标对应分值403525100（二）考核与评价标准1.平时成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业能较好的利用嵌入式知识，分析确定影响因素，完成系统设计，并进行有效分析与总结。能较好的利用嵌入式知识，分析确定影响因素，完成系统设计，但分析与总结能力不足。能完成系统设计，但不具备根据系统特点进行针对性分析、设计与总结。无法分析嵌入式系统应用与设计的影响因素，未完成系统设计，分析总结能力不足。2.课程实验分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分课程实验能根据要求完成实验任务，并体现出较好的系统分析和设计实现能力，并在实验过程中践行工程师规范和社会责任。能根据要求完成实验任务，具有一定的系统分析和设计实现能力，并在实验过程中践行工程师规范和社会责任。能根据要求完成部分实验任务，系统分析和设计实现能力较弱，基本践行工程师规范和社会责任。无法根据要求完成部分实验任务，不具备系统分析和设计实现能力，工程师规范和社会责任意识较差。3.上机测试根据测试题目及评分标准进行打分（百分制）。4.综合设计项目分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分综合设计项目实施过程：践行嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据具体任务要求完成控制系统设计，性能指标完全符合任务要求。答辩成绩：能从嵌入式系统基本原理和应用技巧，分析项目影响因素，阐述实施方案。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程进行有效分析和总结，并对项目中涉及的工程师职业道德、社会责任和工程规范进行讨论和评价。实施过程：践行嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据具体任务要求完成控制系统设计，性能指标基本符合任务要求。答辩成绩：能从嵌入式系统基本原理和应用技巧，分析部分影响因素和实施方案。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程进行一定的分析和总结，并对项目中涉及的工程师职业道德、社会责任和工程规范进行讨论和评价。实施过程：践行嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：能根据任务要求，基本完成控制系统设计，部分指标达标。答辩成绩：项目影响因素和实施方案讲解一般、回答问题不够准确。项目报告：能借助网络资源和文献资料，对项目实施过程有分析和总结，并对项目中涉及的工程师职业道德、社会责任和工程规范有讨论和评价。实施过程：违反嵌入式系统工程师的职业道德、社会责任和工程规范。系统性能：大部分性能指标不符合任务要求。答辩成绩：无法能从嵌入式系统基本原理和应用技巧，分析项目影响因素，阐述事实方案。项目报告：未对项目实施过程进行分析和总结，未对项目中涉及的工程师职业道德、社会责任和工程规范进行讨论和评价。六、教材与参考书（一）推荐教材1．《嵌入式系统基础与实践——基于ARMCortex-M3内核的STM32微控制器》，刘黎明等编著，电子工业出版社，2020年9月版。（二）参考资料1．《STM32单片机应用