《嵌入式系统》教学大纲

《嵌入式系统》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：22150211课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论24学时，实验8学时）先修课程：C程序设计、电路分析基础、数字电子技术、模拟电子技术等后续课程：机器人综合创新与应用、机器人工程综合设计等适用专业：机器人工程专业开课单位：智能工程学院一、课程说明《嵌入式系统》是机器人工程专业的一门专业选修课。课程主要任务是使学生熟悉ARM体系结构；掌握STM32系列微处理器的结构、开发环境的搭建，以及GPIO、UART、ADC等常见外设的使用方法；熟悉嵌入式操作系统、嵌入式文件系统的使用等。该课程注重培养学生在嵌入式系统方面的综合应用和动手实践能力，同时注重培养学生独立思考的精神和创新意识，为学习其他有关课程以及后续从事相关技术工作打下必要基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；掌握STM32系列嵌入式微处理器的硬件资源的使用，并能够以它为核心，进行相关软、硬件系统设计。课程目标2：掌握嵌入式操作系统、文件系统的工作原理及其移植方法；掌握嵌入式系统开发环境的搭建以及软、硬件开发和调试技巧；同时具有查阅和使用相关专业资料和相关标准的能力。课程目标3：培养学生的团队合作能力、创新意识、工匠精神、爱国情怀；同时在嵌入式项目开发过程中培养基本操作规范、安全意识，树立正确的劳动观。三、课程目标与毕业要求《嵌入式系统》课程教学目标对机器人工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.设计/开发解决方案3.3能够通过单元集成和优化，进行机械电子结构、智能算法、系统集成等部件的应用与设计。课程目标1：掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；掌握STM32系列嵌入式微处理器的硬件资源的使用，并能够以它为核心，进行相关、软硬件系统设计。课程目标3：培养学生的团队合作能力、创新意识、工匠精神、爱国情怀；同时在嵌入式项目开发过程中培养基本操作规范、安全意识，树立正确的劳动观。M4.研究4.3能够采用计算机仿真、实物或半实物仿真等方法，设计实验方案，搭建实验系统，进行实验。课程目标2：掌握嵌入式操作系统、文件系统的工作原理及其移植方法；掌握嵌入式系统开发环境的搭建以及软、硬件开发和调试技巧；同时具有查阅和使用相关专业资料和相关标准的能力。课程目标3：培养学生的团队合作能力、创新意识、工匠精神、爱国情怀；同时在嵌入式项目开发过程中培养基本操作规范、安全意识，树立正确的劳动观。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.嵌入式系统基础1.1嵌入式系统基本概念、组成与开发流程1.2ARM体系结构及指令系统1.3开发环境搭建与调试思政元素：一颗“中国芯”教学要求：了解嵌入式系统的基本概念、组成、开发流程；理解ARM体系结构、及指令系统；掌握ARM嵌入式系统开发环境搭建与调试的过程。重点:ARM体系结构、指令系统、开发环境搭建。难点:ARM体系结构、指令系统。421、32.STM32片内外设2.1GPIO的结构与使用2.2STM32的中断系统2.3定时/计数器的结构、原理及使用2.4串口通讯2.5STM32的ADC思政元素：团队精神与创新-中国机器人大赛参赛之路教学要求：熟悉STM32的最小系统；理掌握GPIO、中断系统、定时/计数器、UART、ADC等的结构与使用方法。重点：GPIO、中断系统、定时/计数器、UART、ADC。难点：中断系统、定时/计数器。1241、2、33.嵌入式操作系统3.1嵌入式操作系统的基础与移植3.2线程创建与管理3.3消息队列3.4信号量与互斥量3.5事件管理与应用思政元素：鸿蒙一开天地宽，国产操作系统发展之路教学要求：了解操作系统的基本概念、原理；熟悉常见的嵌入式操作系统的特点；掌握嵌入式操作系统的移植、线程创建与管理、消息队列、信号量、互斥量以及事件的应用。重点：常见嵌入式操作系统的移植方法；线程、消息队列、信号量、互斥量、事件。难点：线程、消息队列、信号量、互斥量、事件。422、34.嵌入式文件系统4.1嵌入式文件系统基础概念4.2Fatfs文件系统的移植与应用思政元素：国产嵌入式文件系统znFat的发展之路教学要求：了解文件系统的基本概念与原理；掌握Fatfs文件系统的移植与使用方法。重点：Fatfs文件系统的移植与使用。难点：Fatfs文件系统的移植与使用。42、3合计2482.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.嵌入式开发环境创建实验内容：利用Hal库在MDK中搭建基本的开发环境、并在proteus和开发板中仿真调试。实验要求：掌握STM32嵌入式系统开发环境的搭建过程。22、32.STM32定时器的使用实验内容：利用STM32定时器实现流水灯控制。实验要求：理解STM32的定时器的结构原理及应用。21、2、33.STM32UART的使用实验内容：利用STM32UART和PC机进行通讯。实验要求：理解STM32的UART的结构原理及应用。21、2、34.嵌入式操作系统的使用实验内容：在STM32上移植常见的操作系统，并进行多线程任务编程。实验要求：理解嵌入式操作系统的多线程编程技巧。22、3合计8五、教学方法及手段本课程注重培养学生在嵌入式系统方面的综合应用和动手实践能力；在教学过程中采用启发式、讨论式教学等，并融入案例分析和项目任务，学练结合；教学内容以“少而精”为原则，精选教学内容，同时以学习通为平台，提供丰富的线上学习资源和项目案例。在实验教学环节中，以项目任务为驱动，充分激发学生学习兴趣，培养动手实践能力和独立思考精神。六、课程资源1.推荐教材：（1）梁晶等.嵌入式系统原理与应用[M].北京:人民邮电出版社.20212.参考书：（1）刘火良.STM32库开发实战指南：基于STM32F4深入剖析STM32库及使用的权威指南[M].北京:机械工业出版社.2017.（2）张洋.原子教你玩STM32(库函数版)[M].北京:北京航空航天大学出版社.2017.3.期刊：（1）王泉,杨天若,朱大开等.智能嵌入式系统结构与软件关键技术专题序言[J].西安电子科技大学学报,2021,48(06):1-7.DOI:10.19665/j.issn1001-2400.2021.06.001.（2）任凤琴,张俊生,程耀瑜.嵌入式系统在舰船温湿度控制中的应用[J].舰船科学技术,2021,43(20):151-153.（3）王毅德,程洁,姚飞等.基于嵌入式系统的多功能便携式电子听诊器[J].传感器与微系统,2021,40(03):65-68.DOI:10.13873/J.1000-9787(2021)03-0065-04.（4）孙丽娟,唐伟强,黄小丽等.嵌入式系统在起重机吊具防摇控制中的应用[J].兰州理工大学学报,2020,46(02):97-102.（5）王正万.基于ARM嵌入式系统的船舶综合信息系统设计[J].舰船科学技术,2018,40(14):151-153.4.网络资源：（1）一文了解什么是嵌入式./jinanhezhuang/article/details/109838718（2）意法半导体技术社区./七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据参与课堂活动情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442实验20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分。（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442期末考核60（1）期末考核以项目任务（综合性大作业）的形式展开。（2）项目任务主要以综合设计和应用为主，考查学生对该课程的整体掌握程度和应用实践能能力。（3）学生可分组完成。√√√252510合计：100分414118八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重60%），期末考核主要以项目任务（综合性大作业）的形式展开，学生分组完成，项目任务（综合性大作业）主要以综合设计和应用为主；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现25积极参与教学活动，踊跃回答问题，多次累计平均得分100>x≥90。认真参与各项教学活动，多次累计平均得分90>x≥80。偶尔参与教学活动，多次累计平均得分80>