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《嵌入式技术与应用》课程教学大纲
课程名称:嵌入式技术应用
适用专业:电子信息工程技术、应用电子、物联网
1.课程定位和设计思路
1.1课程定位
本课程是电子信息工程技术、应用电子、物联网应用技术专业选修课,但随着数字化信息技术的广泛应用,嵌入式技术将成为数字化技术应用领域的关键技术之一,因此日后嵌入式系统将成为核心课程。
课程主要学习嵌入式系统的和硬件组成和软件设计,尤其软件设计将成为主要学习内容;本课程以C语言程序设计、单片机技术、模拟电子电路及数字电子电路为基础,是一门技术应用课程,为后续毕业设计服务。
1.2设计思路
本课程基于电子信息工程技术、应用电子、物联网应用技术专业的技术需要,基于智能终端设备的大量普及,基于智能化控制及数字化控制的工作岗位而开设。
嵌入式系统实际就是单片机的升级版,因此课程的内容与单片机有雷同之处,内容选择主要是根据嵌入式系统内部的资源使用,比如GPIO、定时器、串口等,以库函数使用为技能训练的重点。
另外由于嵌入式系统相对难度大,因此内容中关键点之一是如何降低学习难度,实际就是选择合理的程序工程模版贯穿于整个教学。
由上原因,本课程选择流水灯、人机交互、时间控制、远程控制等项目作 为载体,内容上从易到难,逐步递进。
课程总的课时为64学时,4学分。
2.工作任务和课程目标
2.1 工作任务
关键词:工作情境(背景)、工作内容、技术标准、设备工具和材料
2.2 课程目标
2.2.1能力目标
会设计STM32基本硬件电路。
会建立STM32建立相对通用的模版程序。
会初步应用固件库。
会初步编写STM32基本资源应用的程序。
能熟练使用编程平台,完成程序编辑、编译和调试。
2.2.2知识目标
了解ARM技术的应用。
了解STM32的主要硬件资源。
熟悉固件库的使用方法。
熟悉STM32简单应用程序编写。
熟悉开发平台的使用方法。
2.2.3素质目标
规范操作能力一电脑的规范操作
安全操作能力一人身和设备安全
查阅资料能力---会在网上、期刊资料、手册中查阅
职业行为能力---遵纪守法,不迟到、不早退、不旷课
团结协作能力---勤学好问,与同学相互讨论, 相互学习、共同进步
语言表达及书写能力---回答问题
3.课程内容和教学要求
序号
典型工作任务
技能内容与教学要求
知识内容与教学要求
1
走进嵌入式系统-—STM32模版建立
能建立STM32程序模版
1)STM32库函数
2)KEIL4平台使用
2
流水灯控制——STM32 I/O输出使用
能使用时钟函数;能利用固件库完成IO口的初始化;能用Systick完成时间精确控制,能使用GPIO常用库函数
1)STM32内部时钟结构;2)GPIO结构;3)Systick定时器原理;4)固件库GPIO函数、Systick函数使用。
3
人机交互——STM32按键设计与使用
能完成IO口的输入初始化、能编写按键识别程序;能设置中断优先级、配置中断函数
1)GPIO结构与使用;2)中断优先级;3)固件库GPIO函数使用、中断相关函数编写与使用
4
时间控制---—STM32定时器使用
能完成定时器初始化函数配置、能编写定时器中断程序;
1)STM32定时器相关知识;2)中断优先级;3)固件库定时器函数使用、中断相关函数编写与使用
5
智能控制——STM32通信
能完成串行通信的初始化函数配置、能编写与调试接收与发。送程序
1)STM32串行通信相关知识;2)固件库通信函数编写与使用;3)收发函数编写。
6
温度测控——STM32 ADC应用
能完成ADC初始化函数配置、能编写ADC配置程序;
1)STM32 ADC相关知识;2)固件库ADC函数编写与使用;3)温度数据采集函数编写。
7
综合应用—LED调光灯设计
能完成定时器初始化函数配置、能编写PWM配置程序;
1)STM32定时器相关知识;2)固件库定时器函数使用、PWM函数编写与使用,按键控制
4.实施建议
4.1 参考教材
1、《嵌入式系统开发与实践——基于STM32F10x系列》 ,郑亮,郑士海主编,北京航天航空大学出版社
2、《嵌入式微处理器原理与应用——基于ARM Cortex-M3微控制器(STM32系列》,严海蓉主编,清华大学出版社
4.2 教学方法
课程形式和教学目标,概念和基本知识以教师讲授为主,编程部分教师示范、学生跟着练,教师指导总结,学生巩固操练,这样循序渐进,一步一步推进。从而切实掌握相关知识和编程。
4.3 教学评价
课程属于操作性比较强的课程,所以要加强过程性考核,加强应用能力的考核。考核方式采用平时成绩+期末考核成绩进行综合评价;
平时成绩: (总40%)
1)到课率,上课回答问题等,培养学生遵守纪律: 10%
2) 课堂现场项目完成情况 20%
3)平时作业: 10%
期末考核:(总60%)
1)期末操作: 60%
4.4 教学资源
1、ST半导体公司STM32芯片手册:《32位基于ARM微控制器STM32F101xx与STM32F103xx 固件函数库》、《STM32F10xxx参考手册》
2、教学软件:Keil4编程软件
3、实训条件:机房、STM32F103学习开发板资源
4.5 其它说明
嵌入式技术与应用课程需要单片机为基础,并且具有较大的难度,因此特别需要把控教学过程,一定要让学生一起跟着做。通过平台多做实验来完成对学生动手能力的锻炼。希望学生们能在课程教学中由此对单片机的嵌入式开发产生浓厚的兴趣,当然我们还需要从实际教学中多多总结经验改进教学方式,帮助更多的学生了解和熟悉应用这项技术。
《嵌入式技术应用》课程整体教学设计
一、课程设计
1.课程目标
能力目标:
会设计STM32基本硬件电路。
会建立STM32建立相对通用的模版程序。
会初步应用固件库。
会初步编写STM32基本资源应用的程序。
熟悉编程环境。
知识目标:
了解ARM技术的应用。
了解STM32的主要硬件资源。
熟悉固件库的使用方法。
熟悉STM32简单应用程序编写。
熟悉开发平台的使用方法。
其它目标:
规范操作能力一电脑的规范操作
安全操作能力一人身和设备安全
查阅资料能力---会在网上、期刊资料、手册中查阅
职业行为能力---遵纪守法,不迟到、不早退、不旷课
团结协作能力---勤学好问,与同学相互讨论, 相互学习、共同进步
语言表达及书写能力---回答问题
2.课程教学活动设计
2.1课程内容设计(
序号 |
模块(或项目)名称 |
学时 |
1 |
走进嵌入式系统-—STM32模版建立 |
6 |
2 |
流水灯控制——STM32 I/O输出使用 |
10 |
3 |
人机交互——STM32按键设计与使用 |
8 |
4 |
时间控制---—STM32定时器使用、中断 |
12 |
5 |
智能控制——STM32通信 |
12 |
6 |
温度测控——STM32 ADC应用 |
8 |
7 |
综合—LED调光灯 |
6 |
8 |
考试 |
2 |
合计 |
64 |
2.2能力训练项目设计
编号 |
能力训练 项目名称 |
学时 |
能力目标 |
主要支撑知识 |
训练方式 |
地点 |
结果 (可展示) |
1 |
走进嵌入式-—STM32模版建立 |
6 |
能建立STM32程序模版 |
STM32库函数 KEIL4平台使用 |
老师操作,学生模仿,独立练习 |
3228 |
程序模版 |
2 |
流水灯控制——STM32 I/O输出使用 |
10 |
能使用时钟函数;能利用固件库完成IO口的初始化;能用Systick完成时间精确控制,能使用GPIO常用库函数 |
STM32内部时钟结构;GPIO结构;Systick定时器原理;固件库GPIO函数、Systick函数使用。 |
老师操作,学生模仿,独立练习 |
3228 |
流水灯程序,平台上看到流水灯效果 |
3 |
人机交互——STM32按键设计与使用 |
8 |
能完成IO口的输入初始化、能编写按键识别程序;能设置中断优先级、配置中断函数 |
GPIO结构与使用;中断优先级;固件库GPIO函数使用、中断相关函数编写与使用 |
老师操作,学生模仿,独立练习 |
3228 |
键盘控制程序;平台上看到按键对LED的控制 |
4 |
时间控制---—STM32定时器使用 |
12 |
能完成定时器初始化函数配置、能编写定时器中断程序; |
STM32定时器相关知识;中断优先级;固件库定时器函数使用、中断相关函数编写与使用 |
老师操作,学生模仿,独立练习 |
3228 |
定时器程序;平台上看到定时器控制LED灯 |
5 |
智能控制——STM32通信 |
12 |
能完成串行通信的初始化函数配置、能编写与调试接收与发送程序 |
STM32串行通信相关知识;固件库通信函数编写与使用;收发函数编写 |
老师操作,学生模仿,独立练习 |
3228 |
通信程序;平台上看到数据上传与下发结果 |
6 |
温度控制——STM32 ADC应用 |
8 |
能完成ADC初始化函数配置、能编写ADC配置程序; |
STM32 ADC相关知识;固件库ADC函数编写与使用 |
老师操作,学生模仿,独立练习 |
3228 |
ADC程序;平台上看到ADC采集数据上传到PC机 |
7 |
综合(复习)LED调光——STM32 PWM |
6 |
能完成定时器初始化函数配置、能编写PWM配置程序;能用按键控制灯亮度 |
STM32定时器相关知识;固件库定时器函数使用、PWM函数编写与使用,按键控制 |
老师操作,学生模仿,独立练习 |
3228 |
PWM程序;平台上看到LED灯的变化 |
8 |
考试 |
2 |
3.教学进度表
序号 |
周次 |
学时 |
单元标题 |
主要教学内容 |
教学组织形式 |
作业形式 |
1 |
1 |
2 |
1)走进嵌入式 2)建立SMT32工程模版 |
1)课程在专业地位、在行业的应用。 2)ARM概念,STM32的特点。 3)STM32工程模版建立与配置方法。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
2 |
2 |
2+2 |
1)建公共函数 2)main函数架构。 3)程序的调试方法
|
1)公共函数建立步骤与方法。 2)main函数架构与示范。 3)程序的下载2种方法。 4)程序的调试过程与方法 5)总结与操练 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
3 |
3 |
2 |
1)STM32最小系统。 2)GPIO基本知识。 3)端口应用编程。 |
1)电源、复位、时钟、下载电路、启动模式。 2)端口相关寄存器,端口工作模式(8种),端口库函数。 3) |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
4 |
3,4 |
2+2 |
1)端口应用编程与调试。 2)Systick定时器使用
|
1)端口编程步骤与方法,led灯程序调试。 2)Systick定时器相关知识。 3)Systick定时器使用 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
5 |
4,5 |
2+2 |
1)Systick定时器使用。 2)led流水灯编程
|
1)Systick定时器使用相关知识与编程方法。 2)led流水灯灯程序设计与调试方法。
|
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
6 |
5 |
2 |
1)按键设计思想。 2)按键程序编写与调试
|
1)独立按键电路设计。 2)按键识别与判断。 3)按键功能实现。
|
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
7 |
6 |
2 |
1)按键程序训练:按键控制灯
|
1)按键识别与判断。 2)按键功能实现。
|
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
8 |
6,7 |
2+2 |
2)STM32中断。 3)按键程序编写与调试(采用中断) |
1)按键程序设计与训练。 2)STM32中断系统. 3)外部中断,中断分组与优先级。 3)按键中断函数编写。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
9 |
7,8 |
2+2 |
1)STM32定时器。 2)STM32定时器编程。 3)定时器控制灯
|
1)定时器概述。 2)STM32通用定时器功能与时钟来源。STM32定时器计数模式。 3)STM32定时器库函数与编程应用。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
10 |
8,9 |
2+2 |
1)STM32定时器编程应用:长时间定时器
|
1)STM32定时器相关库函数。 2)STM32定时器编程应用。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
11 |
9,10 |
2+2 |
1)STM32定时器编程应用:长时间与按钮联合
|
1)STM32定时器相关库函数。 2)STM32定时器编程应用。 3)按键使用 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
|
12 |
10,11 |
2+2 |
1)STM32串行通信 2)STM32串行通信编程(发送)。 |
1)STM32串行通信概述、相关寄存器、波特率、工作模式。 2)STM32串行通信库函数、发送编程。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
13 |
11,12 |
2+2 |
1)STM32串行通信编程(发送)。 2)STM32串行通信编程(接收)。 |
1)相关寄存器、波特率、工作模式。 2)STM32串行通信库函数、接收编程。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
14 |
12,13 |
2+2 |
1)STM32串行通信编程(接收点灯)。 2)printf 使用编程 |
1)相关寄存器、波特率、工作模式。 2)STM32串行通信库函数、接收与发送编程。 3)printf函数介绍 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
15 |
13,14 |
2+2 |
1)STM32 ADC概述 2)STM32 ADC编程(发送)。 |
1)STM32 ADC概述、相关寄存器、工作模式。 2)STM32 ADC库函数编程。 3)通信相关知识与编程。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
16 |
14,15 |
2+2 |
1)STM32 ADC程序设计与调试:双路ADC采集
|
1)STM32 ADC库函数应用。 2)STM32 ADC编程与调试。 |
集体讲授,独立操作,个别指导 |
书面 |
17 |
15,16 |
2+2 |
1)STM32 PWM原理。 2)STM32 PWM 编程 |
1)STM32 PWM概述。 2)PWM 库函数与应用。 3)PWM 程序设计与调试 |
1)STM32 ADC库函数应用。 2)STM32 ADC编程与调试。 |
书面 |
18 |
16 |
2 |
STM32 PWM综合应用: 通信调光 |
1)STM32 PWM概述。 2)PWM 库函数与应用。 3)PWM 程序设计与调试 通信程序设计 |
1)STM32 ADC库函数应用。 2)STM32 ADC编程与调试。 |
书面 |
19 |
17 |
2 |
考试 |
二、教学材料
STM32开发平台,网上资源
三、教学组织形式
学生上机课程,学生一人一台计算机和一台实验板操作,每周3节课程。
四、考核方案
本课程属于操作性比较强的课程,所以要加强过程性考核,加强应用能力的考核。考核方式采用平时成绩+期末考核成绩进行综合评价;
平时成绩: (总40%)
1)到课率,上课回答问题等,培养学生遵守纪律: 10%
2) 课堂现场项目完成情况 20%
3)平时作业: 10%
期末考核:(总60%)
1)期末操作: 60%
五、需要说明的其他问题
嵌入式课程需要单片机为基础,并且具有较大的难度,因此特别需要把控教学过程,一定要让学生一起跟着做。通过平台多做实验来完成对学生动手能力的锻炼。希望学生们能在课程教学中由此对单片机的嵌入式开发产生浓厚的兴趣,当然我们还需要从实际教学中多多总结经验改进教学方式,帮助更多的学生了解和熟悉应用这项技术。
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