《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱課程英文名DesignofEmbeddedSystem課程代碼02M0101學(xué)分2.0總學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)20實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)12課程類別專業(yè)課課程性質(zhì)任選先修課程電路與模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用適用專業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器測(cè)控技術(shù)與儀器（卓越）開課學(xué)院計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位本課程是研究嵌入式系統(tǒng)理論的入門課程，是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門選修課，也是現(xiàn)代控制、儀器儀表、機(jī)電和計(jì)算機(jī)類各專業(yè)的一門專業(yè)方向課程。因此，該課程對(duì)于提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)具有重要作用。本課程要求學(xué)生認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)的基本概念、基本原理；熟悉嵌入式系統(tǒng)尤其是基于Cortex-M3內(nèi)核芯片的基本結(jié)構(gòu)和硬件資源使用方法；掌握Keil編程軟件的基本使用方法；初步掌握分析具體工程問(wèn)題，初步具備嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的思維和能力。（二）課程目標(biāo)本課程以培養(yǎng)計(jì)量行業(yè)工程人才為核心，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)同感和愛(ài)國(guó)情懷；同時(shí)在工程問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與解決過(guò)程中，理解嵌入式系統(tǒng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要意義，培養(yǎng)學(xué)生形成求真務(wù)實(shí)的科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。具體課程目標(biāo)如下：1.熟悉、掌握嵌入式測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理；2.初步具備應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件解決工程問(wèn)題的能力；3.初步具備分析具體工程問(wèn)題、提出嵌入式方案設(shè)計(jì)思維的能力；具備一定的收集和提煉信息的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、表達(dá)能力。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法本課程以課堂教學(xué)為主，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)+團(tuán)組自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)+團(tuán)組方案設(shè)計(jì)答辯。1、課堂教學(xué)主要講解以Cortex-M3內(nèi)核芯片STM32F10X為代表的嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)基本概念、基本結(jié)構(gòu)以及基本使用方法，并將日常生活、生產(chǎn)中遇到的電子設(shè)備融入到基本概念、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用的課堂講解中，使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)和理解嵌入式系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用場(chǎng)合，提高學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣、熟悉嵌入式系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)思維和應(yīng)用方法。課堂教學(xué)盡量設(shè)置多種形式的互動(dòng)環(huán)節(jié)（如問(wèn)答、實(shí)物展示等），使學(xué)生能更好地融入課堂教學(xué)，提高教學(xué)效果。2、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以STM32F10X（Cortex-M3內(nèi)核）開發(fā)板為平臺(tái)，通過(guò)Keil軟件進(jìn)行嵌入式程序編寫，熟悉軟件集成開發(fā)環(huán)境，完成外部中斷、定時(shí)器、UART、RTC等應(yīng)用功能模塊的代碼驗(yàn)證，并自主修改代碼實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的拓展，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件解決問(wèn)題的能力。3、團(tuán)組自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以若干學(xué)生組成一個(gè)小團(tuán)隊(duì)的形式，基于STM32F10X開發(fā)板并根據(jù)本課程所學(xué)知識(shí)，調(diào)用多個(gè)功能模塊資源來(lái)自主設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種演示實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力、提出設(shè)計(jì)方案的能力、熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力、收集和提煉信息的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、表達(dá)能力等。4、以小組為單位，針對(duì)具體的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，通過(guò)分析需求、查閱資料和小組討論，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)可行性和市場(chǎng)可行性分析，完成方案初步設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備演示PPT，大組講解并接受“質(zhì)詢”，以此進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、表達(dá)能力等。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求3畢業(yè)要求5畢業(yè)要求9課程目標(biāo)1L課程目標(biāo)2L課程目標(biāo)3L注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。四、課程主要內(nèi)容與基本要求第一章緒論了解嵌入式系統(tǒng)的定義和要求，理解嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。第二章ARM體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)熟悉ARM微處理器結(jié)構(gòu)，理解ARM微處理器的功能信號(hào)，掌握ARM處理模式和狀態(tài)，掌握ARM存儲(chǔ)器組織，了解異常，了解ARM指令集，了解Thumb指令集，了解ARM的偽指令及其它指令。第三章STM32F10X系列硬件結(jié)構(gòu)掌握STM32F10X系列芯片的硬件結(jié)構(gòu)，內(nèi)部模塊的功能及使用要點(diǎn)。了解STM32F10X系列芯片內(nèi)部的CPU和寄存器結(jié)構(gòu)、常用功能模塊及相關(guān)配置寄存器的定義及使用方法。掌握STM32F10X系列芯片內(nèi)部資源中外部中斷、定時(shí)器、UART、RTC等模塊的編程。第四章接口技術(shù)及硬件設(shè)計(jì)掌握以STM32F10X系列芯片為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法，STM32F10X系列芯片與外圍接口芯片如A/D、D/A、液晶模塊、鍵盤等常用外部設(shè)備的接口電路設(shè)計(jì)方法，并掌握庫(kù)函數(shù)的使用方法。第五章μC/OS-II（或RT-Thread）程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)掌握μC/OS-II（或RT-Thread）操作系統(tǒng)常用函數(shù)基本用法，了解實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度、時(shí)間管理、任務(wù)間通訊的基本原理和方法，熟悉基于μC/OS-II（或RT-Thread）操作系統(tǒng)的嵌入式軟件基本框架。第六章典型嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)掌握基于嵌入式的典型測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，熟悉嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的需求分析、指標(biāo)分解、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件/軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成與測(cè)試等步驟的基本方法。五、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第一章緒論3課程目標(biāo)1第二章ARM體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)1課程目標(biāo)1第三章STM32F10X系列硬件結(jié)構(gòu)6課程目標(biāo)1第四章接口技術(shù)及硬件設(shè)計(jì)2課程目標(biāo)1第五章μC/OS-II程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4課程目標(biāo)1第六章典型嵌入式的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、答辯4課程目標(biāo)3實(shí)驗(yàn)一Keil熟悉、GPIO操作2實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)二中斷、DMA2實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)三顯示及人機(jī)交互2實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)四串口通訊2實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)五小綜合（TIM，操作系統(tǒng)）2實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)六綜合設(shè)計(jì)（AD+自選，操作系統(tǒng)）2實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程目標(biāo)3六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類別1Keil熟悉、GPIO操作2利用實(shí)驗(yàn)環(huán)境完成GPIO操作實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做2中斷、DMA2實(shí)現(xiàn)中斷，并了解DMA實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做3顯示及人機(jī)交互2顯示人機(jī)交互并編程實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做4串口通訊2熟悉串口通訊原理并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做5小綜合（TIM，操作系統(tǒng)）2實(shí)現(xiàn)將RTC數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告告驗(yàn)證必做6綜合設(shè)計(jì)（AD+自選，操作系統(tǒng)）2實(shí)現(xiàn)AD采樣另自選一項(xiàng)組合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做注：1.實(shí)驗(yàn)性質(zhì)指演示性、驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性等；2.實(shí)驗(yàn)類別指必做、選做等。七、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核方式與評(píng)價(jià)考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績(jī)比例過(guò)程考核含到課率、課堂討論發(fā)言等含1次課堂提問(wèn)、4次課堂點(diǎn)名，每次點(diǎn)名和提問(wèn)占過(guò)程考核成績(jī)的20%10%實(shí)驗(yàn)考核實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收和報(bào)告含5次單項(xiàng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和1次自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。每次實(shí)驗(yàn)由現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收和報(bào)告組成。20%實(shí)踐考核嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣例設(shè)計(jì)及答辯以小組為單位，在所提供的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣例中選擇一個(gè)，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)并答辯，最終成績(jī)按照學(xué)生打分50%和老師打分50%折算該項(xiàng)目分值。小組成員分值可根據(jù)貢獻(xiàn)程度在小組分值上下30%范圍內(nèi)浮動(dòng)，但不超過(guò)滿分。30%期末考核開卷主要考核學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、基本使用方法以及程序編寫的掌握程度。書面考查形式。題型為（1）判斷題（2）選擇題（3）程序分析題（4）綜合設(shè)計(jì)題等40%考核類別考查成績(jī)登記方式百分制（二）課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)和達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)合格標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)1講授平時(shí)成績(jī)（考勤、作業(yè)）A0.6期末考試B課程目標(biāo)2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收C0.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告D目標(biāo)達(dá)成度課程目標(biāo)3答辯實(shí)踐考核成績(jī)E0.6目標(biāo)達(dá)成度八、推薦教材與主要參考書（一）推薦教材：《STM32F103x微控制器與μC/OS-II操作系統(tǒng)》，賈丹平桂珺主編，電子工業(yè)出版社，2017.1《ARMCortex-M3與Cortex-M4權(quán)威指南（第三版）》,JosephYiu著吳常玉等譯,清華大學(xué)出版社,2015（2018年8月重印）（二）主要參考書：《STM32F10xxx參考手冊(cè)》STM32ReferenceManual(RM0008)的翻譯稿，/content/ccc/resource/technical/document/reference_manual/59/b9/ba/7f/11/af/43/d5/CD00171190.pdf/files/CD00171190.pdf/jcr:content/translations/en.CD00171190.pdf，或參照官方最新版?！独f(shuō)STM32》，劉軍張洋嚴(yán)漢宇編著，北京航空航