《嵌入式系统项目实训》教学大纲

《嵌入式系统项目实训》教学大纲课程性质：专业核心课学分：2总学时：32理论学时：0实践学时：32一、适用专业智能控制技术专业（本科）四年制二、课程教学目的及基本要求《嵌入式系统项目实训》是智能控制技术的专业核心课程，课程将运用蓝桥杯嵌入式比赛用板，进行各基础资源的设计开发应用。每个实验配合《嵌入式系统开发与设计》课程的理论教学，共精选了8个实验。由于学院多次参加“蓝桥杯”嵌入式设计比赛，为引导学生以赛促教，本指导书将硬件平台定为嵌入式竞赛训练板（CT1117E），并从基础Keil集成开发环境安装与操作应用，到标准库函数介绍和库函数编程。根据学习的深入，增加了竞赛扩展板后，增加了竞赛扩展板上的功能模块的使用实验。其大部分实验为现实生产生活中常见的实例部分功能，旨在训练学生嵌入式系统综合应用的实践能力。通过本课程的学习，我们要掌握以STM32F1ARM处理器为基础的应用，采用蓝桥杯比赛嵌入式用板为基础，学习嵌入式开发软件的安装及配制使用。标准库中GPIO端口的闪烁灯实验、独立按键、数码管显示控制等基础实验功能实现；再深入进行中断、异步串行口、定时器、PWM等外设基础功能的应用；最后对RTC功能、ADC转换及DHT11温湿度传感器、IIC存储器等外部设备的功能应用；使学生全面多方面的深入学习嵌入式开发。三、课程教学时数分配序号教学内容学时课时分配讲课实验（实训）1MDK-ARM软件安装及设置4042GPIO端口控制4043NVIV外部中断4044USART串口4045定时器定时功能4046定时器PWM功能4047ADC转换4048外设驱动控制404小计32032四、课程单元教学目的、教学内容和要求、教学重点与难点第一章MDK-ARM软件安装及设置1.教学目的通过本章学习，进行Keill软件安装，熟悉固件包结构，能进行项目工程移植。通过创建及使用工程模板，熟悉并掌握工程编译环境的设置。2.教学内容和要求学习MDK473软件的安装及注册。了解：了解软件的安装。理解：能进行工程环境的配制。掌握：电动机的点动运行及自锁电气控制原理。固件库FWLibV3.5的结构。了解：固件库的结构。理解：各文件夹下文件分类。掌握：固件库中文件的移植。项目工程的创建。了解：项目工程的结构。理解：新建项目工程步骤。掌握：项目工程的配置。（4）仿真驱动安装，使用了解：硬件仿真器特点。理解：仿真器的使用原理。掌握：能使用仿真器，进行项目程序的仿真。能配置好相关的仿真设置，进行单步、跳过、运行等实际仿真功能应用。3.教学重点与难点（1）教学重点:掌握开发板的硬件资源。熟练使用KEIL软件进行项目程序设计开发。（2）教学难点:使用KEIL软件，进行项目工程配置。能进行程序的仿真、问题的查找，并能下载程序。第二章GPIO端口控制

1.教学目的STM32最简单的外设就是IO口的高低电平控制了，本实验采用标准库函数的方式，实现LED灯的闪烁控制；学习库函数GPIO端口输出控制的方法。本实验实现开发板上的一排LED灯，每秒进行一次状态翻转，实现闪烁灯效果。2.教学内容和要求（1）掌握在工程项目中，对标准库函数驱动的调用了解：项目工程中文件的调用。理解：库函数的驱动，对库文件调用。掌握：库中文件的使用。（2）进行GPIO端口的驱动了解：GPIO端口工作原理。理解：端口的输入输出功能。掌握：对外部LED的驱动。（3）GPIO端口锁存器的驱动了解：锁存芯片的原理。理解：锁存器的驱动。掌握：实现对外部LED的驱动。3.教学重点与难点（1）教学重点:学习GPIO端口的驱动控制，实现流水灯功能。（2）教学难点:GPIO端口时序的模拟，实现锁存器的控制驱动。第三章NVIV外部中断1.教学目的通过本章学习，使用STM32F1的外部输入中断功能。在前面的实验中，我们已掌握了STM32F1的IO口的最基本的操作。本次我们将介绍如何将STM32的IO口作为外部中断功能输入，实现中断检测外部独立按键功能。具体任务为B1－B4按键按下时分别控制LED1－LED4指示灯点亮控制。2.教学内容和要求（1）NVIC中断的工作原理了解：对芯片的中断工作原理。理解：如何进行中断优先级配置，实现中断通道与外部中断的连接。掌握：中断优先级设置及中断源与中断通道参数设置。（2）外部引脚中断处理了解：中断系统中外部中断工作过程。理解：外部中断与中断通道的关系。掌握：外部引脚中断的实现。（3）标准库中中断函数调用，总中断的开启与关闭了解：中断的控制。理解：中断库文件的使用。掌握：正确初始化中断，设置中断通道与中断源的参数。3.教学重点与难点（1）教学重点:掌握外部中断的使用，能进行中断源与中断通道的参数设置，进行外部中断沿的配置。（2）教学难点:中断优先级及中断源的关系，如何进行外部中断沿设置。第四章USART串口1.教学目的通过本章学习，熟悉固件库中串行端口的收、发实现。2.教学内容和要求（1）串行口发送实现了解：固件库实现串行口功能原理理解：串行口发送的驱动函数实现掌握：使用固件库，实现数据的发送功能。在pc电脑串口调试助手上能接收到开发板发送的数据。（2）串行口收、发实现了解：串口收、发数据原理理解：串行口接收、发送固件库函数调用掌握：在蓝桥杯开发板上，进行串行口的数据收发功能实现。使用标准库的串行口驱动函数实现串口功能。3.教学重点与难点（1）教学重点:串行口的收、发功能实现。（2）教学难点:在开发板上，进行串行口的功能设计。使开发板能进行数据收、发的控制。第五章定时器定时功能1.教学目的通过本章学习如何使用STM32F1的通用定时器，STM32F1的定时器功能十分强大，有TIME1和TIME8等高级定时器，也有TIME2~TIME5等通用定时器，还有TIME6和TIME7等基本定时器。定时器在芯片参考手册中的介绍占了1/5的篇幅，足见其重要性。任务要求是精准到达1S延时处理，进行LED1灯状态改变。2.教学内容和要求（1）掌握STM32F1系列的定时实现方法了解：通用定时器的实现原理。理解：理解定时器的寄存器配置掌握：掌握定时器的定时功能实现。（2）定时器的时间计算方法了解：定时器的定时原理。理解：定时器的定时时间计算。掌握：根据定时器的工作频率，计算定时器的定时时长。3.教学重点与难点（1）教学重点:掌握定时器的定时工作原理，寄存器的作用，实现定时功能的计算。（2）教学难点:如何实现长时间的定时要求，完成定时器的定时设置。第六章定时器PWM功能1.教学目的通过本章学习，掌握如何使用STM32F1的TIM2来产生PWM输出。在本实验中，将使用TIM2的通道2，产生25%的占空比，周期为1ms的控制信号。2.教学内容和要求（1）定时器PWM功能的输出了解：PWM的概念理解：定时器中PWM固件库函数的功能。掌握：使用PWM固件库驱动，实现可调PWM功能实现。（2）定时器占空比的设置了解：占空比调节工作原理理解：定时器的占空比调节库函数应用。掌握：实现PWM输出的占空比调节。 3.教学重点与难点（1）教学重点:掌握PWM波的输出功能，能使用PWM进行数模转换功能。（2）教学难点:实现PWM输出，并能进行占空比的调节，实现外部输出模拟量可调功能。第七章ADC转换1.教学目的控制系统和处理系统以及现代测量仪器常采用计算机进行控制和数据处理。计算机所处理的数据都是数字量，然而大多数的控制对象都是连续变化的模拟量，大多数传感器的输出也是模拟量，这就必须在模拟量和数字量之间进行转换。将模拟量信号转换成数字信号称为模/数（A/D）转换。本实验，将实现外部电压模拟量的信号采集及对芯片内部的温度传感器的温度检测。2.教学内容和要求（1）掌握STM32F1系列的外部模拟量及内部温度检测方法了解：外部的模拟量检测方法，内部温度检测原理理解：使用规则检测、注入检测的区别。掌握：外部电压，内部温度的检测读取。（2）ADC转换参数的设置了解：ADC相关寄存器的作用理解：使用ADC进行外部电压检测方法。掌握：使用规则方法，进行外部电压检测。使用注入检测，进行内部温度的读取。 3.教学重点与难点（1）教学重点:ADC转换的原理，实现外部模拟量的采集。（2）教学难点:能进行规则及注入式检测，实现ADC转换功能。第八章外设驱动控制1.教学目的利用STM32的一个GPIO端口，使用模拟时序方法，进行DHT11单线数字温湿度传感器的时序模拟控制。DHT11内部包含一个电阻式感湿元件和一个NTC（负温度系数）测温元件，此芯片在一些家电小设备中应用广泛，价格便宜。本实验任务是使用DHT11芯片，进行温湿度采集，并将采集的温湿度显示到LCD屏上。2.教学内容和要求（1）掌握GPIO单总线的时序模拟方法了解：芯片控制时序的原理理解：GPIO控制时序的模拟。掌握：使用模拟时序，进行DHT11的驱动。（2）掌握DHT11采集的温湿度数据的格式，能正确进行温湿度解码了解：DHT11芯片的工作原理理解：温湿度芯片的引脚功能，实现数据的采集。掌握：使用DHT11芯片，进行外部环境的温、湿度值的检测实现。 3.教学重点与难点（1）教学重点:GPIO端口，进行各类驱动芯片的时序模拟。（2）教学难点:使用DHT11，检测外部环境的温、湿度。五、教学建议1.课堂讲授可适当采用仿真软件进行仿真，这样可减少课程理论化太强带来的缺点。能开拓学生眼界，配合主教材帮助学生更加形象地了解和掌握本课程的基本原理，另外去实验室多做实验。2.教学过程中应该尽量结合实践生活，多采用案例进行例证:教学中多让学生展开讨论，充分发挥学生的积极性和主动性。3.作业数量最好一-章-练，作业或课外思考题型应充分考虑题型的全面性和科