教学大纲
《嵌入式系统设计》教学大纲2018
作者:智能制造学院发布日期:2022-03-12 15:08:44浏览次数:11916
《嵌入式系统设计》教学大纲
一、课程基本信息
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课程类别 |
专业课程 |
课程性质 |
理论 |
课程属性 |
选修 |
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课程名称 |
嵌入式系统设计 |
课程英文名称 |
The principle of Embedded Microprocessor System Design |
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课程编码 |
F10ZX11E |
适用专业 |
电子信息工程 |
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考核方式 |
考试 |
先修课程 |
程序设计基础 |
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总学时 |
48 |
学分 |
3 |
理论学时 |
36 |
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实验学时/实训学时/ 实践学时/上机学时 |
实验学时：12 |
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开课单位 |
智能制造学院 |
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二、课程简介
《嵌入式系统设计》是电子信息工程等专业的专业拓展选修课程。该课程主要学习嵌入式系统原理及设计方法，内容包括：嵌入式系统概述、嵌入式系统的开发模式与方法、ARM微处理器处理器的体系结构及其指令系统、ARM应用软件开发环境、应用接口设计、通信接口设计。通过本课程的学习了解嵌入式系统的基本设计方法，掌握常用嵌入式系统的基本结构、原理和应用方法，了解嵌入式系统设计及应用的新进展及发展趋势，培养学生合理选用嵌入式系统芯片、设计应用电路的能力，并能够初步应用于工程实践之中。
三、课程教学目标
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课程教学目标 |
支撑人才培养规格指标点 |
支撑人才培养规格 |
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知 识 目 标 |
目标1： 了解嵌入式系统的基本概念和嵌入式系统的开发模式与方法；掌握ARM微处理器处理器的体系结构及其指令系统、ARM应用软件开发环境、应用接口设计、通信接口设计；掌握嵌入式系统的C语言程序设计技术和编程方法；掌握嵌入式系统开发的设计思想和实现方法。
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4-1：具备应用数学、自然科学、工程科学基本原理及专业知识，对电子信息领域相关应用系统的设计、开发中出现的问题，进行有效的描述、分析、推理及解决。 5-1：掌握电子信息专业的基本概念、基本理论及基本方法。 |
4.问题分析 5.设计与开发 |
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能 力 目 标 |
目标2： 能熟练使用Keil uVision、 STM32CubeMX软件；具备嵌入式系统软硬件设计的基本知识和调试的基本技能；能综合运用嵌入式系统知识解决实际工程问题，进行嵌入式系统设计和开发。
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5-2：具备电子信息领域中综合类实践的设计、开发和调试能力。 5-3：具备参与电子信息领域相关应用系统的软硬件设计、开发与调试的能力。 7-2：了解电子信息产业的发展趋势及前沿动态，能够选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，进行电子信息领域应用系统的开发、设计、监控、调试或运行维护等。 |
5.设计与开发7.掌握现代工具 |
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素 质 目 标 |
目标3： 锻炼学生的实际动手能力，启迪学生的创新意识与思维，并注意渗透思想教育，构建热爱科学，实事求是的学风和创新精神；进一步培养学生的辨证思维，加强学生的职业道德观念，促使学生素质的全面提高。
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5-4：具备进行电子产品开发与设计、技术改造与创新等、解决实际工程应用问题的能力。 |
5.设计与开发 |
四、课程主要教学内容、学时安排及教学策略
（一）理论教学
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教学模块 |
学时 |
主要教学内容与策略 |
学习任务安排 |
支撑课程目标 |
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嵌入式系统概述 |
4 |
重点：嵌入式系统的概念；嵌入式系统的组成和类型；嵌入式系统的应用领域及发展趋势；嵌入式系统开发流程； 难点：嵌入式系统开发流程。 思政元素：通过嵌入式系统的发展概述， 激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。 教学方法与策略：重点讲解、启发引导、讨论法。
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课前：预 习 课堂：思考做好笔记 课后：作业 |
目标1 目标2
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ARM Cortex-M3内核与STM32 |
4 |
重点： ARM体系结构；Cortex-M3的内核结构、寄存器组、存储结构及NVIC；STM32微控制器内部结构，包括系统总线、存储结构及时钟系统。 难点： STM32微控制器内部结构，包括系统总线、存储结构及时钟系统。 思政元素：通过分析“ARM系统结构及基于arm架构的芯片”，引导学生讨论“我国自主芯片供应”的问题，激发学生“积极乐观，勇于奋斗”的人生态度。 教学方法与策略：启发引导和归纳总结。
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课前：预 习 课堂：思考做好笔记 课后：作业 |
目标1
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STM32微控制器及开发环境搭建 |
8 |
重点：了解STM32的性能参数，能够进行基本的器件选型；STM32的三种开发方式，即寄存器方式、标准外设库方式和HAL库方式；独立搭建STM32的开发环境，掌握keil 的调试方法； 难点：独立搭建STM32的开发环境，掌握keil的调试方法。 思政元素：通过“STM32的性能参数以及嵌入式系统的的器件选型”的讲解，引导学生养成 “科学严谨”的做事态度。 教学方法与策略：启发引导和归纳总结。
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课前：预 习 课堂：思考做好笔记 课后：作业 |
目标1 目标2
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STM32最小系统与嵌入式C语言 |
6 |
重点：STM32最小系统设计；嵌入式C语言的程序结构；嵌入式C语言的条件编译；分析HAL库文件源码。 难点：STM32最小系统设计；嵌入式C语言的程序结构； 思政元素：通过“嵌入式C语言标准的数据结 构”的讲解，引导学生养成 “科学严谨”的做事 态度。 教学方法与策略：启发引导和归纳总结。
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课前：预 习 课堂：思考做好笔记 课后：作业 |
目标1 目标2 目标3
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通用输入输出GPIO模块 |
4 |
重点： STM32F103微控制器GPIO的内部结构、工作模式和使用特性；GPIO的输入输出模式；STM32F103微控制器GPIO相关的标准外设库函数和HAL库函数； 难点：STM32F103微控制器GPIO相关的标准外设库函数和HAL库函数；。 教学方法与策略：问题发现法；师生互动启发法。
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课前：预 习 课堂：思考做好笔记 课后：作业 |
目标1 目标2 目标3
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中断 |
4 |
重点：中断概念、中断源的分类；STM32F103微控制器的中断类型、优先级概念和中断向量表；STM32F103微控制器的NVIC中断结构和特点；STM32F103微控制器EXTI的内部结构、工作原理和特性；NVIC和EXTI相关的标准外设库函数和HAL库函数；STM32的中断配置过程；基于标准外设库函数进行外部中断的嵌入式系统开发；基于HAL库进行外部中断的嵌入式系统开发。 难点：中断控制的应用。 思政元素：通过中断优先级的知识，类比引导学 生合理的设置好大学生活中的“优先级”。 教学方法与策略：问题发现法；师生互动启发法。 |
课前：预 习 课堂：思考做好笔记 课后：作业 |
目标1 目标2 目标3
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串口通信 |
6 |
重点：常见的串行通信接口；标准外设库和HAL库中有关USART的库函数； STM32F103微控制器USART标准外设库异步模式的配置方法； 难点：串行通信典型工作方式的基本原理、控制 方法及程序实现。 思政元素：通过“嵌入式系统串行通信的概述”，引申到“我国的5G领先技术”，激发学生强烈的民族自豪感，和科技报国的使命担当。 教学方法与策略：师生互动启发法。 |
课前：预 习 课堂：思考做好笔记 课后：作业 |
目标1 目标2 目标3
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（二）实践教学
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实践类型 |
项目名称 |
学时 |
主要教学内容 |
项目 类型 |
项目 要求 |
支撑课程目标 |
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实验 |
点亮LED实验 |
2 |
重点：熟悉Keil uVision、STM32CubeMX等软件界面；了解STM32F103xx系列芯片；学会点亮LED的基本实验，掌握利用Keil uVision5下载程序到STM32芯片中以及嵌入式系统程序仿真运行方法； 难点：利用Keil uVision5下载程序到STM32芯片以及软件、硬件的搭建和配置的方法。 思政元素：要求学生具有认真、严谨、细致的科学态度及团队合作精神。 |
验证 |
实验2人 一组，完 成实验报 告。实验 报告须有 详细的实 验记录。 |
目标2 目标3 |
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实验 |
按键控制实验 |
2 |
重点：学习STM32引脚输出使用方法;学习嵌入式系统C语言编程方法并且编写一段C语言程序；实现按键控制LED灯的功能。 难点：实验平台板的ＧＰIO口基本输入输出功能的综合应用（按键和LED灯的应用）。
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设计 |
实验2人 一组，完 成实验报 告。实验 报告须有 详细的实 验记录。 |
目标1 目标2 目标3 |
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实验 |
中断控制实验
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2 |
重点：学习STM32中断相关配置和使用方法;学习嵌入式系统C语言编程方法并且编写C语言程序利用中断的方式实现控制LED灯的功能。 难点：STM32中断相关配置和使用方法 |
设计 |
实验2人 一组，完 成实验报 告。实验 报告须有 详细的实 验记录。 |
目标1 目标2 目标3 |
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实验 |
串口通信实验 |
2 |
重点：掌握串行的通信方式设置及配置方法；掌握STM32的USART串口通讯协议的使用、编程控制和硬件实现方法。 难点：STM32的USART串口通讯协议的使用、编程控制和硬件实现方法。 思政元素：要求学生具有认真、严谨、 细致的科学态度及团队合作精神。 |
设计 |
实验2人 一组，完 成实验报 告。实验 报告须有 详细的实 验记录。 |
目标1 目标2 目标3 |
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实验 |
I2C-EEPROM实验 |
2 |
重点：学习I2C通信相关知识，使用STM32CubeMX配置，生成基于HAL库Keil uVision工程；实现EEPROM读写的功能。 难点：使用STM32CubeMX生成基于HAL库Keil uVision工程实现EEPROM读写的功能。 思政元素：要求学生具有认真、严谨、 细致的科学态度及团队合作精神。 |
设计 |
实验2人 一组，完 成实验报 告。实验 报告须有 详细的实 验记录。 |
目标1 目标2 目标3 |
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实验 |
呼吸灯实验 |
2 |
重点：学习STM32的PWM相关配置和使用方法;学习嵌入式系统C语言编程方法并且编写C语言程序实现控制LED灯实现呼吸灯效果的。 难点：STM32的PWM相关配置和使用方法。思政元素：事物间相互转化及转化条件等辩证唯物主义观点。 |
设计 |
实验2人 一组，完 成实验报 告。实验 报告须有 详细的实 验记录。 |
目标1 目标2 目标3 |
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备注： 项目类型填写验证、综合、设计、训练等。 |
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在条件许可的情况下，实验课和粤签公司开展校企合作的形式进行。
五、学生学习成效评估方式及标准
考核与评价是对课程教学目标中的知识目标、能力目标和素质目标等进行综合评价。在本课程中，学生的最终成绩是由平时成绩、实验成绩、期末成绩等3个部分组成。
1.平时成绩（占总成绩的20%）：采用百分制。平时成绩分为考勤（占20%）、课堂表现（40%）、作业（占40%）三个部分。评分标准如下表：
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等级 |
评分标准 |
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1.考勤；2.课堂表现；3. 作业 |
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优秀 （90～100分） |
1.考勤无迟到、缺勤。 2.认真听课、非常积极的参与课堂互动或提出有质量的问题交流。 3.90％以上的习题解答正确。 |
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良好 （80～89分） |
1.迟到、缺勤占考勤记录的10%。 2.认真听课、较积极的参与课堂互动或课后交流。 3.80％以上的习题解答正确。 |
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中等 （70～79分） |
1.迟到、缺勤占考勤记录的20%。 2.较认真听课、参与课堂互动或课后交流的主动性一般。 3.70％以上的习题解答正确。 |
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及格 （60～69分） |
1.迟到、缺勤占考勤记录的30%。 2.听课认真程度一般，参与课堂互动主动性不够。 3.60％以上的习题解答正确。 |
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不及格 （60以下） |
1.迟到、缺勤占考勤记录的40%。 2.听课不够认真，参与课堂互动主动性不够很被动。 3.超过40％的习题解答错误。 |
2.实验成绩（占总成绩的20%）：采用百分制。实验成绩分实验完成度（占60%）和实验报告（占40%）两个部分。评分标准如下表：
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等级 |
评分标准 |
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1.实验完成度；2.实验报告 |
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优秀 （90～100分） |
1.完成必做和选做的全部实验内容 2.实验报告书写工整，实验代码合理、实验现象正确，有实验小结。 |
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良好 （80～89分） |
1.完成必做的全部实验内容和选做的部分实验内容 2.实验报告书写工整，实验代码合理、实验现象正确，有部分实验小结。 |
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中等 （70～79分） |
1.完成必做的全部实验内容和选做的极小部分实验内容 2.实验报告书写较工整，实验代码合理、实验现象正确，无实验小结。 |
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及格 （60～69分） |
1.只完成必做的全部实验内容 2.实验报告书写潦草，实验代码较合理、实验现象基本正确，无实验小结。 |
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不及格 （60以下） |
1.只完成必做的部分实验内容 2.实验报告书写凌乱，实验代码小部分合理、实验现象小部分正确，无实验小结。 |
3.期末考试（占总成绩的60%）：采用百分制。期末考试的考核内容、题型和分值分配情况请见下表：
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考核 模块 |
考核内容 |
主要 题型 |
支撑目标 |
分值 |
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嵌入式系统概述 |
嵌入式系统的概念；嵌入式系统的组成和类型；嵌入式系统的应用领域及发展趋势；嵌入式系统开发流程； |
填空题/选择题/判断题/ 简答题 |
目标1 目标2 |
8 |
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ARM Cortex-M3内核与STM32 |
ARM体系结构；Cortex-M3的内核结构、寄存器组、存储结构及NVIC；STM32微控制器内部结构，包括系统总线、存储结构及时钟系统。 |
填空题/选择题/判断题/ 简答题 |
目标1 目标2 |
14 |
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STM32微控制器及开发环境搭建 |
STM32的性能参数；STM32的三种开发方式，即寄存器方式、标准外设库方式和HAL库方式； STM32的开发环境， keil 的调试方法； |
填空题/选择题/判断题 |
目标1 目标2 |
8 |
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STM32最小系统与嵌入式C语言 |
STM32最小系统设计；嵌入式C语言的程序结构；嵌入式C语言的条件编译；分析HAL库文件源码。 |
填空题/选择题/判断题/简答题/程序综合题 |
目标1 目标2 |
14 |
|
通用输入输出GPIO模块 |
STM32F103微控制器GPIO的内部结构、工作模式和使用特性；GPIO的输入输出模式；STM32F103微控制器GPIO相关的标准外设库函数和HAL库函数； |
填空题/选择题/判断题/ 简答题/ 程序综合题 |
目标1 目标2 |
22 |
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中断 |
中断概念、中断源的分类；STM32F103微控制器的中断类型、优先级概念和中断向量表；STM32F103微控制器的NVIC中断结构和特点；STM32F103微控制器EXTI的内部结构、工作原理和特性；NVIC和EXTI相关的标准外设库函数和HAL库函数；STM32的中断配置过程；基于标准外设库函数进行外部中断的嵌入式系统开发；基于HAL库进行外部中断的嵌入式系统开发。 |
填空题/选择题/判断题/ 简答题/ 程序综合题 |
目标1 目标2 |
20 |
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串口通信 |
常见的串行通信接口；标准外设库和HAL库中有关USART的库函数； STM32F103微控制器USART标准外设库异步模式的配置方法； |
填空题/选择题/判断题/ 简答题/ 程序综合题 |
目标1 目标2 |
14 |
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序号 |
教学安排事项 |
要 求 |
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1 |
授课教师 |
职称：讲师及以上 学历（位）：硕士研究生及以上 其他：中级及以上工程师 |
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2 |
授课地点 |
R教室 R实验室 □ 室外场地 □ 其他： |
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3 |
学生辅导 |
线上方式及时间安排：建立企业微信群，随时与学生沟通 线下地点及时间安排：经与学生沟通另行安排 |
六、 教学安排及要求
七、选用教材
[1]刘黎明.嵌入式系统基础与实践――基于ARM Cortex-M3内核的STM32微控制器[M].北京:电子工业出版社，2020年9月.
[2]符意德.嵌入式系统设计原理及应用[M].北京:清华大学出版社，2010年6月.
八、参考资料
[1]周鸣争.嵌入式系统与应用[M].北京:中国铁道出版社，2011年3月.
[2]桑楠.嵌入式系统设计原理及应用开发技术[M].北京: 高等教育出版社，2008年1月.
网络资料
[1] https://www.keil.com/
大纲执笔人： 沈晖
讨论参与人:周杨景、陈彦芳
系（教研室）主任：曹丽娟
学院（部）审核人：连元宏
附件：《嵌入式系统设计》教学大纲2018下载
辅导员：电话23382502 地址：8B313 行政/教学秘书：电话23382505 地址：8B303
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