《系统架构综合实习》课程教学大纲

《系统架构综合实习》教学大纲一、课程基本信息课程名称系统架构综合实习SystemArchitectureComprehensivePractice课程编码CST422311040开课院部计算机科学与技术学院课程团队硬件技术基础课程教学团队学分4.0课内学时4周讲授0实验0上机0实践4周课外学时0适用专业计算机科学与技术授课语言中文先修课程程序设计（C/C++）、程序设计实习、数字逻辑电路、计算机组成原理、单片机原理与技术课程简介（必修）系统构架综合实习是计算机科学与技术专业的一门综合性实践课程，旨在提高学生硬件动手能力，增强学生社会适应性。本课程共安排实习时间4周，让学生设计一台小型计算机控制系统。课程的内容包含四部分。第一部分，系统总体设计。第二部分，设计和实现以单片机为核心的数据采集及控制系统硬件。第三部分，通过对单片机编程，完成数据采集、显示、键盘、控制等功能，完成系统测试。第四部分，根据完成的系统，撰写实验报告，总结答辩。通过本课程的学习、实践，要求学生掌握计算机系统设计的基本概念和基本原理，熟悉工程项目的开发方法和技术，理解工程开发过程中应遵循的流程、准则、标准和规范。要求掌握结构化分析、设计与编码，测试与维护，项目开发文档编制等基本方法。课程能够加强学生对计算机系统的深入理解，培养学生分析问题和解决问题的能力，显著提高学生的软硬件设计和动手实践能力，增强创新意识和团队合作意识。教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。讲解国产单片机现状，培养学生精益求精、忧国忧民的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。SystemArchitectureComprehensivePracticeisacomprehensivepracticalcourseforcomputerscienceandtechnologymajors,aimingatimprovingstudents'hardwarepracticalabilityandenhancingstudents'socialadaptability.Thiscoursehasatotalinternshiptimeof4weeks,allowingstudentstodesignasmallcomputercontrolsystem.Thecontentofthecourseconsistsoffourparts.Thefirstpartistheoveralldesignofthesystem.Thesecondpartdesignsandimplementsthehardwareofdataacquisitionandcontrolsystemwithsinglechipmicrocomputerasthecore.Inthethirdpart,throughprogrammingthesinglechipmicrocomputer,thefunctionsofdataacquisition,display,keyboard,control,etc.Thefourthpart,accordingtothecompletedsystem,writestheexperimentalreportandsummarizesthedefense.Throughthestudyandpracticeofthiscourse,studentsarerequiredtomasterthebasicconceptsandprinciplesofcomputersystemdesign,befamiliarwiththedevelopmentmethodsandtechnologiesofengineeringprojects,andunderstandtheprocessestobefollowedintheprocessofengineeringdevelopment,guidelines,standardsandnorms.Itisrequiredtomasterbasicmethodssuchasstructuralanalysis,designandcoding,testingandmaintenance,projectdevelopmentdocumentpreparation,etc.Thecoursecanstrengthenstudents'in-depthunderstandingofcomputersystems,cultivatestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,significantlyimprovestudents'softwareandhardwaredesignandhands-onpracticeability,andenhancetheirsenseofinnovationandteamwork.Inteaching,theeducationofMarxiststandpoint,viewpointandmethodiscombinedwiththecultivationofscientificspirittoimprovestudents'abilitytocorrectlyunderstand,analyzeandsolveproblems.ExplainthecurrentsituationofdomesticMCU,cultivatestudents'craftsmanspiritofstrivingforperfectionandcaringforthecountryandthepeople,andinspirestudents'patriotismandmissionofservingthecountrywithscienceandtechnology.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：了解计算机控制系统应用领域的行业背景，通过选择计算机控制系统构架典型案例，参加工程实习和实践。为毕业要求指标点6.1的达成提供支持。是6.12M2目标2：能够分析和评价计算机控制系统规划应用领域的复杂工程实践对社会、健康、安全、法律及文化的影响，并理解应承担的责任。为毕业要求指标点6.3的达成提供支持。是6.33M3目标3：能够站在环境保护和可持续发展的角度思考专业工程实践的可持续性，评价控制设备产品的绿色节能、辐射防护、版本升级和兼容性等问题。为毕业要求指标点7.2的达成提供支持。是7.24M4目标4：通过按组完成系统设计与实现培养学生团队协作能力。能够与其他成员合作共事，共同完成项目实施。为毕业要求指标点9.2的达成提供支持。是9.25M5目标5：通过计算机控制系统设计实现过程中的组内讨论，倾听意见，有效开展计算机系统构架实习的项目工作。为毕业要求指标点9.3的达成提供支持。是9.36M6目标6：能在多学科环境下将管理原理、技术经济方法应用于计算机控制系统的分析、设计、开发与运行维护等过程。为毕业要求指标点11.2的达成提供支持。是11.27M7目标7：能保障课程正常秩序，在实习过程中培养学生严谨的工作态度和脚踏实地的工作作风，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，培养学生团队合作、顽强拼搏、尊重对手、尊重规则、不惧失败等高尚品德。（政治层面、课堂保障层面，非学生能力层面）否三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1模块一模块一、系统总体设计主要涉及计算机系统构架的复杂工程问题，需对系统进行模块化分解与设计；在设计过程中要分析现有电路及算法的缺点与不足，进行创新性的改进；整个实习过程要求学生以分组形式完成，2-3人一组，能够有效的进行任务分工，每个组员要求详细了解自己的角色和分工，并能进行有效地讨论，达到较好的实习效果；能将工程的设计和开发建设置于国际背景下，了解最新研究进展；能将经济管理方法应用于计算机系统的分析、设计、开发与运行维护等过程。M1,M2,M3,M4,M5,M6,M716讲授+讨论//2模块二模块二、数据采集与控制系统硬件设计和制作这部分有包括以下几个子模块：数据采集与控制系统电路设计；电路原理图绘制仿真和优化；PCB制作；PCB焊接。////32.12.1数据采集与控制系统电路设计根据学生兴趣，可以选择将温度、压力等一路或多路模拟信号接入数据采集系统，设计以单片机为核心的数据采集系统的电路原理图。M1,M2,M3,M6,M78实验//42.22.2电路原理图绘制仿真和优化了解电路设计的基本方法和步骤，掌握电路设计CAD软件的选择、安装和配置；学习ProtelDXP2004电路设计软件的原理图绘制，使用ProtelDXP2004电路设计软件设计和绘制电路原理图，然后根据原理图对信号放大电路等关键进行仿真和优化。具体内容包括：（1）了解电路原理设计流程，包括设置电路图纸参数及相关信息；装入所需要的元件库；放置元件；电路图布线；调整检查和修改；补充完善；保存和打印输出。掌握SCH环境，理解原理图设计环境的各参数作用与设置，掌握元件库的调用方法及画面管理，熟练掌握分立元件与集成电路原理图的设计。掌握特殊元件、自定义原理元件库的操作。灵活运用在原理图绘制中常用操作的快捷键。（2）了解层次原理图的概念、使用层次图的目的，掌握设计方法和步骤（两个原则：自项向下设计层次原理图；自底向上设计层次原理图）；掌握方块电路绘制及各个模块原理图设计，熟练掌握I/O端口、网络标号，掌握网络表格文件的作用及其内容的查询。（3）了解电路仿真的基本概念，基本步骤。能够熟练设置仿真原件的参数，放置电源和仿真激励源；熟练设置放置方式，掌握工作点分析、直流传输特性分析和噪声分析。了解信号完整性的基本概念和信号完整性分析，能够进行电路优化。M1,M2,M3,M6,M732实验//52.32.3PCB制作学习ProtelDXP2004电路设计软件的PCB制作内容，制作PCB电路板，同时完成关键电路仿真和优化，最后制作PCB电路版硬件并焊接单片机、A/D转换器、数码管等必要器件形成数据采集系统硬件。具体内容包括：了解PCB设计工艺流程，掌握PCB设计环境，理解PCB各工作层面的概念及作用，掌握PCB各工作层的设置方法，掌握PCB元件封装库的自定义方法。熟练掌握单、双/多面板的设计；掌握手工与自动布线、板面标注方法；掌握布线层面、布线优先级、走线的宽度、布线拐角模式、过孔类型、安全距离、焊盘等基本概念及其设置方法；熟练走线的手工修正方法，掌握位置坐标、原点设置、尺寸标注、电源/接地线的加宽操作；了解电路设计辅助工具和电路板信息报表；掌握多层板制作过程，打印输出。M1,M2,M3,M6,M716实验//62.42.4PCB焊接焊接单片机、A/D转换器、数码管等必要器件形成数据采集系统硬件，并检查和测试硬件系统的正确性。M1,M2,M3,M4,M5,M6,M78实验//7模块三模块三、数据采集与控制系统程序设计和实现这部分有包括以下几个子模块：数据采集系统的软件设计；编程实现各部分的程序；系统调试和测试。////83.13.1数据采集系统的软件设计根据数据采集系统的功能要求和已有的硬件系统，设计数据采集与控制系统的软件结构，包括数据采集部分，数据显示部分，数据通信部分程序结构。M2,M3,M4,M5,M6,M78实验//93.23.2编程实现各部分的程序使用C51编程语言实现以下功能：数字温度计，波形发生器，定时时钟，脉冲计数器，键盘中断程序，交通灯控制程序，与PC机的通信程序，温度控制程序等。M1,M2,M3,M6,M740实验//103.33.3系统调试和测试将编写的各个功能模块程序集成到数据采集系统，按照系统设计的要求，调试和测试已完成的系统，确定达到预期的目的和要求。M1,M2,M3,M6,M716实验//11模块四模块四、撰写实习报告及分组答辩对实现的系统做总结，根据给定的格式撰写实习报告，按分组进行答辩陈述。////124.14.1撰写实习报告对实现的系统做总结，根据给定的格式撰写实习报告M1,M2,M3,M4,M5,M6,M78上机//134.24.2分组答辩按分组进行答辩陈述M1,M2,M3,M4,M5,M68答辩//四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1实习过程每个实习环节完成后，教师检查完成情况。包括设计理念、选题的创新性；所用技术的先进性、综合性与技术路线的有效性；系统设计的实用价值、市场潜力；系统功能的有效性与复杂度；系统美观及用户界面等。该部分占总成绩的80%，具体为：环节1：系统总体设计20%；环节2：电路设计、电路板焊接调试部分30%；环节3：编程及调试部分30%。80%2分组答辩分组答辩成绩=小组成绩*个人权重。小组成绩创意：设计理念、选题的创新性20%；技术：所用技术的先进性、综合性与创新性20%应用：实用价值、市场潜力20%设计：技术路线、系统结构、用户界面20%效果：系统功能的有效性与复杂度20%10%3实习报告结构完整、内容充实20%方案特色和创新20%实现过程与结论20%任务复杂度20%。实习报告能体现学生团队合作、不惧失败的品质，以及科技报国的家国情怀和使命担当。20%10%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1实习过程80%（见考核方式评分标准）2M1分组答辩10%（见考核方式评分标准）3M1实习报告10%（见考核方式评分标准）4M2实习过程80%（见考核方式评分标准）5M2分组答辩10%（见考核方式评分标准）6M2实习报告10%（见考核方式评分标准）7M3实习过程80%（见