《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》課程教學(xué)大綱

1、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)（Q）課程教學(xué)大綱（Embedded Systems Development）一、課程概況課程代碼：2202205學(xué)分：2.0學(xué)時(shí)：32先修課程：模擬電子電路、數(shù)字電路、C語言、單片機(jī)原理與接口技術(shù)等。適用專業(yè)：車輛工程專業(yè)建議教材：STM32 嵌入式微控制器快速上手第二版，陳志旺等編著，電子工業(yè)出版社，2014.05 課程歸口：汽車工程學(xué)院課程的性質(zhì)與任務(wù)：本課程是車輛工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握STM32微控制的基本知識(shí)，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和增強(qiáng)學(xué)生的工程素養(yǎng)為目的，按照項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的思路展開教學(xué)側(cè)重介紹與51單片機(jī)的區(qū)別，使同學(xué)們掌握固件庫的概念，特

2、別強(qiáng)調(diào)從寄存器操作到固件庫的學(xué)習(xí)之間的區(qū)別，以讓學(xué)生初步具備采用嵌入式控制器開發(fā)產(chǎn)品的能力。二、課程目標(biāo)目標(biāo)1、掌握嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)、分類和發(fā)展的過程，了解ARM的體系結(jié)構(gòu)，熟悉STM32系列微控制器家族。目標(biāo)2、了解Cortex-M3體系結(jié)構(gòu)、處理器工作模式及狀態(tài)、總線、總線接口的概念、指令集與Thumb和Thumb2指令集等相關(guān)概念，掌握寄存器的組成、存儲(chǔ)器的組織與映射，總線接口和STM32單片機(jī)的命名規(guī)則和內(nèi)部資源。目標(biāo)3、理解STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)的概念，掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)中電源電路、始終電路、復(fù)位電路、程序下載電路的設(shè)計(jì)思路，以及STM32啟動(dòng)的過程。目標(biāo)4、了解嵌入式C程序

3、特點(diǎn)，掌握STM32程序設(shè)計(jì)的層次結(jié)構(gòu)，以及STM32固件庫的命名規(guī)則，數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)，以及使用方法，對(duì)于程序中設(shè)計(jì)的外設(shè)接口，能夠熟練地找到相應(yīng)的固件庫函數(shù)。目標(biāo)5、熟悉STM32常用的外設(shè)接口的種類，掌握GPIO的原理以應(yīng)用、中斷的原理及應(yīng)用、UART的原理及應(yīng)用、定時(shí)器的原理及應(yīng)用、DMA原理及應(yīng)用。本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中畢業(yè)要求1-2、畢業(yè)要求2-3、畢業(yè)要求3-1、畢業(yè)要5-2、畢業(yè)要6-1，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5畢業(yè)要求1-2畢業(yè)要求2-3畢業(yè)要求3-1畢業(yè)要求5-2畢業(yè)要求6-1三、課程內(nèi)容及要求第一章嵌入式系統(tǒng)概述1、教學(xué)內(nèi)容（

4、1）嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)、分類及發(fā)展歷程；（2）ARM體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)微處理器簡(jiǎn)介；（3）STM32系列微控制器簡(jiǎn)介。2、基本要求（1）了解嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和發(fā)展歷程；（2）了解ARM體系結(jié)構(gòu)；（3）熟悉STM32系列微控制器的家族成員。第二章 Cortex-M3體系結(jié)構(gòu)1、教學(xué)內(nèi)容（1）CM3微處理器核結(jié)構(gòu)、工作模式及狀態(tài)；（2）CM3的寄存器和總線接口；（3）CM3存儲(chǔ)器的組織與映射；（4）指令集的概念，Thumb指令集和Thumb-2指令集的區(qū)別；（5）流水線、異常和中斷、存儲(chǔ)保護(hù)單元等概念；（6）STM32單片機(jī)的命名規(guī)則和內(nèi)部資源。2、基本要求（1）了解CM3微處理器核結(jié)構(gòu)、工

5、作模式及狀態(tài)、寄存器、總線接口，流水線和異常中斷等概念；（2）熟悉Thumb指令集和Thumb-2指令集的區(qū)別與聯(lián)系，以及STM32的命名規(guī)則；（3）掌握CM3存儲(chǔ)器組織和映射。第三章 STM32最小系統(tǒng)1、教學(xué)內(nèi)容（1）電源電路的組成和方案；（2）時(shí)鐘電路的組成和方案；（3）復(fù)位電路的組成和方案；（4）STM32啟動(dòng)的過程；（5）STM32程序下載電路的組成和方案。2、基本要求（1）了解STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成和STM32啟動(dòng)過程以及設(shè)置方法；（2）掌握電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和程序下載電路的組成和方案，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)出STM32單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路。第四章 STM32程序設(shè)計(jì)1、教

6、學(xué)內(nèi)容（1）復(fù)習(xí)C語言相關(guān)知識(shí)；（2）Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)；（3）標(biāo)準(zhǔn)固件庫的命名規(guī)則、數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)、以及固件庫的使用方法；（4）嵌入式C語言程序特點(diǎn)。2、教學(xué)要求（1）了解嵌入式C語言和C語言的區(qū)別與聯(lián)系；（2）掌握嵌入式C語言程序設(shè)計(jì)中提高程序效率的常用方法；（2）理解固件庫的命名規(guī)則，數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)；（3）掌握常用固件庫的使用方法。第五章 GPIO原理及應(yīng)用1、教學(xué)內(nèi)容（1）GPIO的硬件結(jié)構(gòu)和功能；（2）GPIO寄存器介紹；（3）GPIO庫函數(shù)介紹，以及庫函數(shù)和寄存器的關(guān)系2、基本要求：（1）了解GPIO的硬件結(jié)構(gòu)和引腳復(fù)用功能的概念；（2）熟悉GPIO輸入和輸出的信號(hào)流

7、圖；（3）掌握使用庫函數(shù)設(shè)置GPIO功能的方法。第六章 EXTI原理及應(yīng)用1、教學(xué)內(nèi)容（1）STM32中斷通道和中斷過程；（2）NVIC硬件結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的軟件配置方法；（3）EXTI硬件結(jié)構(gòu)及軟件配置方法；（4）應(yīng)用實(shí)例。2、基本要求：（1）理解STM32的中斷通道和中斷的處理；（2）了解NVIC和EXTI相關(guān)的寄存器；（3）掌握STM32中斷優(yōu)先級(jí)和中斷向量表的概念；（4）掌握操作NVIC和EXTI相關(guān)寄存器的庫函數(shù)以及使用方法。第七章 USART原理及應(yīng)用1、教學(xué)內(nèi)容（1）STM32的端口重映射的概念；（2）USART的功能和結(jié)構(gòu)、USART的幀格式和USART的波特率的相關(guān)概念；（3）US

8、ART的常見中斷請(qǐng)求、需要設(shè)置的相關(guān)寄存器以及操作這些寄存器的庫函數(shù)；（4）應(yīng)用實(shí)例。2、基本要求：（1）理解串行通訊和并行通訊的區(qū)別與聯(lián)系，理解端口重映射的概念；（2）理解USART的功能和基本結(jié)構(gòu)，特別是半雙工、全雙工異步通訊等概念，；（3）掌握STM32 USART接口波特率的計(jì)算公式，和常用的中斷請(qǐng)求；（4）掌握USART相關(guān)寄存器的功能，庫函數(shù)中相應(yīng)的操作函數(shù)及使用方法。第八章定時(shí)器原理及應(yīng)用1、教學(xué)內(nèi)容（1）STM32定時(shí)器的基本概念和通用定時(shí)器的功能；（2）通用定時(shí)器TIMx的基本結(jié)構(gòu)、時(shí)鐘源的選擇、捕獲和比較模式、計(jì)數(shù)器模式、定時(shí)器中斷等概念及基本原理；（3）通用定時(shí)器TIMx

9、的寄存器、庫函數(shù)中對(duì)這些寄存器進(jìn)行操作的庫函數(shù)及其用法；（4）RTC相關(guān)功能介紹；（5）SysTick寄存器；（6）應(yīng)用實(shí)例。2、基本要求：（1）了解通用定時(shí)器TIMx的基本概念、功能和其基本結(jié)構(gòu)；（2）掌握TIMx的寄存器及操作函數(shù)的使用方法，能夠使用TIMx輸出PWM信號(hào)，并可以完成輸入信號(hào)的捕獲；（3）了解RTC的功能及結(jié)構(gòu)，相關(guān)寄存器及其使用方法；（4）了解SysTick寄存器及其使用方法。第十章 DMA原理及應(yīng)用1、教學(xué)內(nèi)容（1）DMA簡(jiǎn)介；（2）DMA的功能及結(jié)構(gòu)；（3）DMA的寄存器及庫函數(shù)中相應(yīng)的操作函數(shù).2、基本要求：（1）理解DMA的功能及結(jié)構(gòu)；（2）熟悉DMA常用的中斷請(qǐng)

10、求；（3）掌握DMA的寄存器及庫函數(shù)中相應(yīng)操作函數(shù)的用法。教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系及學(xué)時(shí)分配如表所示。序號(hào)教學(xué)內(nèi)容支撐的課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)講授學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)1嵌入式系統(tǒng)概述目標(biāo)11-2、2-322Cortex-M3體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)23-1、6-143STM32最小系統(tǒng)目標(biāo)31-2、5-244STM32程序設(shè)計(jì)目標(biāo)4、51-1、3-1、5-2、6-135GPIO原理及應(yīng)用目標(biāo)2、41-1、3-1、6-136EXTI原理及應(yīng)用目標(biāo)1、2、51-1、2-3、3-1、5-2、6-147USART原理及應(yīng)用目標(biāo)1、2、51-1、2-3、3-1、5-2、6-148定時(shí)器原理及應(yīng)用目標(biāo)1、2、51-

11、1、2-3、3-1、5-2、6-149DMA原理及應(yīng)用目標(biāo)1、2、51-1、2-3、3-1、5-2、6-14合計(jì)320四、課程實(shí)施（一）把握主線，引導(dǎo)學(xué)生掌握STM32嵌入式微控制器的基本概念、原理、最小系統(tǒng)的組成，嵌入式程序設(shè)計(jì)需要注意的問題，以及各個(gè)外設(shè)接口對(duì)應(yīng)的寄存器和庫函數(shù)中對(duì)其進(jìn)行操作的函數(shù)用法。（二）采用多媒體教學(xué)手段，配合例題的講解以及適當(dāng)?shù)乃伎碱}，保證講課進(jìn)度的同時(shí)，注意學(xué)生的掌握程度和課堂的氣氛。（三）采用案例式教學(xué)，引進(jìn)STM32嵌入式微控制器應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)際案例，讓學(xué)生真正了解并掌握使用STM32嵌入式微控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的主要手段，和STM32嵌入式微控制器的應(yīng)用。（四）主要

12、教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量要求如表所示。主要教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量要求1備課（1）掌握本課程教學(xué)大綱內(nèi)容，嚴(yán)格按照教學(xué)大綱要求進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容的組織。（2）熟悉教材各章節(jié)，借助專業(yè)書籍資料，并依據(jù)教學(xué)大綱編寫授課計(jì)劃，編寫每次授課的教案。教案內(nèi)容包括章節(jié)標(biāo)題、教學(xué)目的、教法設(shè)計(jì)、課堂類型、時(shí)間分配、授課內(nèi)容、課后作業(yè)、教學(xué)效果分析等方面。（3）根據(jù)各部分教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)思授課思路、技巧，選擇合適的教學(xué)方法。2講授（1）要點(diǎn)準(zhǔn)確、推理正確、條理清晰、重點(diǎn)突出，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，熟練地解答和講解例題。（2）采用多種教學(xué)方式（如啟發(fā)式教學(xué)、案例分析教學(xué)、討論式教學(xué)、多媒體示范教學(xué)等），注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。

13、（3）能夠采用現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)。（4）表達(dá)方式應(yīng)能便于學(xué)生理解、接受，力求形象生動(dòng)，使學(xué)生在掌握知識(shí)的過程中，保持較為濃厚的學(xué)習(xí)興趣。3作業(yè)布置與批改學(xué)生必須完成規(guī)定數(shù)量的作業(yè)，作業(yè)必須達(dá)到以下基本要求：（1）按時(shí)按量完成作業(yè)，不缺交，不抄襲。（2）書寫規(guī)范、清晰。（3）解題方法和步驟正確。教師批改和講評(píng)作業(yè)要求如下：（1）學(xué)生的作業(yè)要按時(shí)全部批改，并及時(shí)進(jìn)行講評(píng)。（2）教師批改和講評(píng)作業(yè)要認(rèn)真、細(xì)致，按百分制評(píng)定成績(jī)并寫明日期。（3）學(xué)生作業(yè)的平均成績(jī)應(yīng)作為本課程總評(píng)成績(jī)中平時(shí)成績(jī)的重要組成部分。4課外答疑為了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助學(xué)生更好地理解和消化所學(xué)知識(shí)、改進(jìn)學(xué)習(xí)方法和思維方式，培

14、養(yǎng)其獨(dú)立思考問題的能力，任課教師需每周安排一定時(shí)間進(jìn)行課外答疑與輔導(dǎo)。5成績(jī)考核本課程考核的方式為閉卷筆試?？荚嚥扇〗炭挤蛛x，監(jiān)考由學(xué)院統(tǒng)一安排。有下列情況之一者，總評(píng)成績(jī)?yōu)椴患案瘢海?）缺交作業(yè)次數(shù)達(dá)1/3以上者。（2）缺課次數(shù)達(dá)本學(xué)期總授課學(xué)時(shí)的1/3以上者。（3）課程目標(biāo)小于0.6。五、考核方式（一）課程考核包括期末考試、平時(shí)及作業(yè)情況考核和實(shí)驗(yàn)考核，期末考試采用閉卷筆試。（二）課程成績(jī)=平時(shí)成績(jī)50%+期末考試成績(jī)50%。具體內(nèi)容和比例如表所示。成績(jī)組成考核/評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)權(quán)重考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)平時(shí)成績(jī)平時(shí)作業(yè)15%課后完成10-20個(gè)習(xí)題，主要考核學(xué)生對(duì)每節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、

15、理解和掌握程度，計(jì)算全部作業(yè)的平均成績(jī)?cè)侔?5%計(jì)入總成績(jī)。1-2、2-3考勤及課堂練習(xí)35%以隨機(jī)的形式，在每章內(nèi)容進(jìn)行中或結(jié)束后，隨堂測(cè)試1-3題，主要考核學(xué)生課堂的聽課效果和課后及時(shí)復(fù)習(xí)消化本章知識(shí)的能力，結(jié)合平時(shí)考勤，最后按35%計(jì)入課程總成績(jī)。3-1、5-2期末考試期末考試卷面成績(jī)50%試卷題包括填空題、簡(jiǎn)答題、編程題和綜合應(yīng)用題等。以卷面成績(jī)的50%計(jì)入課程總成績(jī)。其中考核嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、CM3體系結(jié)構(gòu)部分30%，嵌入式程序設(shè)計(jì)知識(shí)20%，外設(shè)和庫函數(shù)使用部分50%。1-2、2-3、3-1、5-2、6-1（三）所有課程目標(biāo)均需大于等于0.6，否則總評(píng)成績(jī)不及格，需要補(bǔ)考或重修。每個(gè)課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算方法如下：式中：Ai=平時(shí)成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的權(quán)重課程目標(biāo)i在平