2021版（第5至第8学期）-东莞城市学院智能制造学院

教学大纲

2021版（第5至第8学期）

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《嵌入式系统原理及应用》教学大纲

作者:智能制造学院发布日期:2023-04-06 13:03:18浏览次数:343

《嵌入式系统原理及应用》教学大纲

一、课程基本信息

课程类别	专业课程		课程性质	必修	课程属性	理论
课程名称	嵌入式系统原理及应用			课程英文名称	Principles and Applications of Embedded System
课程编码	F10ZB32F			适用专业	电子信息工程
考核方式	考查			先修课程	单片机原理及应用
总学时	56	学分		3.5	理论学时		44
实验学时/实训学时/ 实践学时/上机学时				实验学时：12
开课单位				智能制造学院

二、课程简介

《嵌入式系统原理及应用》是电子信息工程等专业的专业必修理论课程。该课程的教学目的和任务是培养学生具有嵌入式系统电路的基本知识，初步了解嵌入式系统原理及应用。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、应用接口原理及应用、通信接口原理及应用、定时器原理及应用。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，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

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

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、ARM应用软件开发环境、应用接口设计、应用接口中断原理及应用；通信接口设计；定时器原理及应用。掌握嵌入式系统的C语言程序设计技术和编程方法。

3-1：掌握数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能够用于表述电子信息领域的相关工程问题。

3.工程知识

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。

5-3：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，在设计中能够综合利用电子信息工程的专业知识和新技术，体现创新意识。

7-1：掌握电子信息工程专业仪器、仪表等现代工程工具的基本原理、操作方法，并能在相关工程问题中予以使用。

5.设计与开发能力

7.掌握现代工具

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。

8-2：理解工程技术的社会价值以及工程师的社会责任，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德、法律、伦理等制约因素。

8.职业规范

四、课程主要教学内容、学时安排及教学策略

（一）理论教学

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

嵌入式系统概述

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：讲解为主、讨论为辅。

课前：预习

课堂：思考做好笔记

课后：作业

目标1

目标3

ARM微处理器处理器的体系结构

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：讲解为主、讨论为辅，启发引导和归纳总结。

课前：预习

课堂：思考做好笔记

课后：作业

目标1

目标3

ARM应用软件开发环境搭建

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。

教学方法与策略：讲解为主、讨论为辅，启发引导和归纳总结。

课前：预习

课堂：思考做好笔记

课后：作业

目标1

目标2

ARM应用软件开发环境开发语言

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；

教学方法与策略：讲解为主、讨论为辅，启发引导和归纳总结。

课前：预习

课堂：思考做好笔记

课后：作业

目标1

目标2

应用接口通用GPIO模块原理及应用

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：讲解为主、讨论为辅；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

应用接口中断原理及应用

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。

教学方法与策略：讲解为主、讨论为辅，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

通信接口原理及应用

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。

教学方法与策略：讲解为主、讨论为辅，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

定时器原理及应用

重点；嵌入式系统定时器部件；定时器/计数器的控制、编程方法及步骤；。

难点： PWM；掌握SysTick定时器定时；实现精确定时的编程方法。

教学方法与策略：讲解为主、讨论为辅，师生互动启发法。

课前：预习

课堂：思考、做好笔记

课后：复习知识点

目标1

目标2

（二）实践教学

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
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。	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
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）。	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
实验	中断控制实验	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
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
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。	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
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。	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
	备注：项目类型填写验证、综合、设计、训练等。

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30%的平时成绩、20%的实验成绩、50%的期末成绩3个部分组成。

1.平时成绩（占总成绩的30%）：采用百分制。平时成绩分为作业（占10%）、课堂表现（10%）、考勤（占10%）三个部分。评分标准如下表：

等级

评分标准

1.作业；2.课堂表现；3.考勤

优秀

(90～100分）

1.作业书写工整、书面整洁；90％以上的习题解答正确。

2.认真听讲，积极回答问题。

3.请假1次以内。

良好

（80～89分）

1.作业书写工整、书面整洁；80％以上的习题解答正确。

2.认真听讲，点到时才回答问题。

3.迟到2次以内。

中等

（70～79分）

1.作业书写较工整、书面较整洁；70％以上的习题解答正确。

2.认真听讲，不回答问题。

2. 旷课2次以内。

及格

（60～69分）

1.作业书写一般、书面整洁度一般；60％以上的习题解答正确。

2.上课有些打瞌睡，玩手机。

3.旷课4次以内。

不及格

（60以下）

1.字迹模糊、卷面书写零乱；超过40％的习题解答不正确。

2.不听讲，点到时不会回答问题。

3.旷课超过4次。

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10%）和实验报告（占10%）两个部分。评分标准如下表：

等级

评分标准

1.实验完成度；2.实验报告

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。

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。

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。

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。

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50%）：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：

考核模块	考核内容	主要题型	支撑目标	分值
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
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	10
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	12
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	16
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	16
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	10
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
定时器	定时器基本概念；标准外设库和HAL库中有关定时器的库函数；STM32F103微控制器定时器标准外设库常见工作模式的配置方法；PWM	填空题/选择题/判断题/ 简答题/ 程序综合题	目标1 目标2	14

序号	教学安排事项	要求
1	授课教师	职称：副教授学历（位）：硕士研究生其他：具有硕士研究生及以上学历的高级工程师或讲师
2	课程时间	周次：16周节次：3.5
3	授课地点	√教室 √实验室 □室外场地 □其他：
4	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：每周一次线下答疑

六、教学安排及要求

七、选用教材

[1]《嵌入式系统基础与实践——基于ARM Cortex-M3内核的STM32微控制器》[刘黎明、王建波、赵纲领]

[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]周鸣争主编，《嵌入式系统与应用》，中国铁道出版社，2011。

[2]沈红卫等,《STM32单片机应用与全案例实践》

[3]符意德主编，《嵌入式系统设计原理及应用》，清华大学出版社，2004。

[4]桑楠主编，《嵌入式系统设计原理及应用开发技术》，北京航空航天大学出版社，2002

网络资料

[1] https://www.keil.com/

[2] 《STM32嵌入式系统》

https://www.icourse163.org/course/ZJU-1461550163?from=searchPage

执笔人：周杨景

参与人：沈晖，陈彦芳

系（教研室）主任：曹丽娟

学院（部）审核人：连元宏