嵌入式系统开发技术-教学大纲

《嵌入式系统开发技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称中文名称嵌入式系统开发技术英文名称EmbeddedSystemDevelopmentTechnology课程代码1005402312课程性质专业选修开课学院软件与物联网工程学院课程负责人张勇授课学期2023-2024学年第二学期学分2任课教师张勇课程总学时48理论学时24实验学时（含上机）24课内实践学时0课程类型□线上课程√线下课程□混合式课程线上学时线下学时适用专业及年级物联网工程2年级、3年级授课语言中文先修课程电路原理、数电与模电、单片机原理和C语言程序设计等后续课程感测技术和无线传感器网络、物联网智能控制技术课程简介1.本课程的目的在于通过“嵌入式开发技术”课程的学习，帮助学生熟练掌握嵌入式的使用，并可以进行常规的嵌入式项目开发，为后续的电子设计与开发奠定良好的基础，可作为物联网工程的主要专业技能增强在嵌入式行业就业的竞争力。2.教学目标上：使学生全面掌握ARMCortex-M3内核及其工作原理；掌握STM32F103微控制器的片上资源；熟练应用STM32F103对片外外设进行控制；能熟练应用KeilMDK开发环境编写嵌入式程序；可熟练地对LCD屏进行显示控制和动画编程；使学生们着眼于为我国自动化和嵌入式行业发展做出贡献。3.基本知识教学要求：掌据STM32F103的内核架构、存储器配置、NVIC中断管理和各种片上资源；了解STM32F103的行业应用背景和前景：充分介绍温度传感器和LCD屏等外设的用法；可熟练地应用LCD屏显示中英文、图形和动画，初步具备开发嵌入式系统软件的能力。执笔人张勇审定人李刚讨论参与人李刚、陈伟大纲制定日期2024年2月

二、课程目标课程目标1：知识目标1.1掌握ARMCortex-M3内核的架构和基本工作原理。1.2掌握STM32F103微控制器片内资源和片上外设的使用方法。1.3理解常用的外设使用原理以及通信和控制时序及实现方法。课程目标2：能力目标2.1能够正确熟练使用KeilMDK创建嵌入式工程。2.2能够熟练编写嵌入式程序，驱动温度传感器和LCD屏等外设。2.3能独立地设计嵌入式系统，并开发相关的嵌入式软件。课程目标3：素质目标3.1嵌入式开发技术课程是物联网工程中数字信号处理、模拟电子技术、电路分析等课程的综合进阶课程，通过该课程可以体会嵌入式技术和数电、模电等的联系、发展、综合、衍生。3.2通过体会嵌入式技术和其他学科的联系和发展，进而了解事物间的联系和发展。3.3通过小组合作的形式，培养学生团结协作、主动学习、语言表达等能力。课程目标4：思政目标4.1学生通过学习课程内容，掌握嵌入式系统的设计技巧，能够独立设计嵌入式系统解决实际物联网工程问题，树立科技报国志向。4.2通过对嵌入式系统的应用方法分析，加深对马克思主义思想及原理的理解，深刻理解社会主义核心价值观的精髓和内涵。4.3通过对STM32F103微控制器控制方法和操作时序的分析比较，加深对唯物主义辩证法的理解。课程目标与毕业要求指标点对应关系表序号毕业要求支撑毕业要求指标点课程目标知识目标能力目标素质目标思政目标1.11.21.32.12.22.33.13.23.34.14.24.31√√√√√√√√2√√√√√√3√√√√√√4√√√√√√

三、教学内容及进度安排教学内容及进度安排表序号章节内容学生学习预期成效学时授课形式教学方式支撑课程目标1教师简介、课程简介第一章嵌入式系统概述第一节嵌入式系统范例第二节嵌入式系统概念第三节ARM发展历程及应用领域第四节嵌入式操作系统第五节μC/OS-II与μC/OS-III第二章STM32F103微控制器第一节STM32F103概述第二节STM32F103RCT6引脚定义第三节STM32F103架构第四节STM32F103存储器第五节STM32F103片内外设第六节STM32F103异常与中断【重点】ARMCortex-M3内核的NVIC中断管理方法、STM32F103引脚接口特性；STM32F103微控制器NVIC中断配置方法。【难点】STM32F103端口寄存器；STM32F103存储器配置。熟悉ARMCortex-M3内核相关知识。了解STM32F103微控制器相关知识，特别是IO口、寄存器、时钟的概念。6线下教师讲授师生问答课堂讨论启发教学课程目标1.11.23.13.23.34.12第三章STM32F103学习平台第一节STM32F103核心电路第二节电源电路与按键电路第三节LED与蜂鸣器驱动电路第四节串口通信电路第五节FLASH与EEPROM电路第六节温度传感器电路第七节复位电路、JTAG和ADC电路第八节ZLG7289B电路第九节LCD屏接口电路第十节声码器电路第十一节参考电路板【重点】STM32F103最小系统电路设计；各功能电路结构。【难点】STM32F103电路板PCB设计。了解STM32F103外围电路设计，掌握电路设计相关知识。3线下教师讲授师生问答课堂讨论启发教学课程目标1.11.22.33.13.23.34.24.33第四章LED灯控制与KeilMDK工程框架第一节STM32F103通用目的输入/输出口第二节STM32F103库函数用法第三节KeilMDK工程框架第四节LED灯闪烁实例第五章按键与中断处理第一节NVIC中断工作原理第二节GPIO外部输入中断第三节用户按键中断实例第四节ZLG7289B按键、LED灯和数码管【重点】LED流水灯控制程序设计；KeilMDK框架程序设计。【难点】STM32F103中CFGR寄存器配置和使用。实验一、基于STM32F103微控制器与ZLG7289按键的流水灯实验能分析LED电路，能通过学习板驱动LED闪烁，了解ZLG7289B的工作原理。6+3线下教师讲授师生问答课堂讨论启发教学课程目标1.12.33.13.23.34.14.34第六章定时器第一节系统节拍定时器第二节看门狗定时器第三节实时时钟第四节通用定时器【重点】各定时器的基本原理；寄存器的相关配置。【难点】各定时器的使用。实验一、基于STM32F103微控制器与ZLG7289按键的流水灯实验熟练掌握各类定时器的使用，能够进行一定的程序设计。2+2线下教师讲授师生问答实物展示课堂讨论启发教学课程目标1.11.21.32.12.23.13.23.34.35第七章串口通信与声码器第一节串口通信工作原理第二节STM32F103串口第三节串口通信寄存器类型实例第四节串口通信库函数类型实例第五节声码器【重点】STM32F103串口通信程序设计方法；声码器语音合成技术。【难点】STM32F103串口波特率（分数阶）配置；声码器驱动程序设计。实验二、基于STM32F103微控制器与声码器的语音播报实验了解STM32F103串口和声码器工作原理，掌握STM32F103控制声码器的程序设计方法。1+4线下教师讲授师生问答实物展示课堂讨论启发教学课程目标1.22.12.22.33.13.23.34.14.36第八章ADC与存储器管理第一节STM32F103RCT6微控制器ADC第二节EEPROM存储器第三节FLASH存储器【重点】ADC模块的工作原理；EEPROM存储器；FLASH存储器。【难点】EEPROM存储器和FLASH存储器使用。实验三、基于STM32F103微控制器与LCD屏的图形显示实验熟悉STM32F103的ADC模块工作原理，了解EEPROM存储器和FLASH存储器的程序设计方法。1+8线下教师讲授师生问答实物展示课堂讨论启发教学课程目标1.11.21.32.22.33.13.23.34.37第九章LCD屏与温度传感器第一节LCD屏显示原理第二节温度传感器第三节LCD显示实例【重点】温度传感器和LCD屏原理和使用。【难点】LCD屏驱动电路设计；STM32F103电路板PCB设计；实验四、基于STM32F103微控制器与LCD屏的动态时间和温度显示实验了解STM32F103触摸屏、LCD屏和温度传感器工作原理；掌握LCD屏驱动方法。2+6线下教师讲授师生问答实物展示课堂讨论启发教学课程目标1.11.32.12.23.13.23.34.2具体章节内容第一章嵌入式系统概述第一节嵌入式系统范例第二节嵌入式系统概念第三节ARM发展历程及应用领域第四节嵌入式操作系统第五节μC/OS-II与μC/OS-III【重点难点】【重点】ARMCortex-M3内核的NVIC中断管理方法。【难点】STM32F103端口寄存器；STM32F103存储器配置。第二章STM32F103微控制器第一节STM32F103概述第二节STM32F103RCT6引脚定义第三节STM32F103架构第四节STM32F103存储器第五节STM32F103片内外设第六节STM32F103异常与中断【重点难点】【重点】STM32F103引脚接口特性；STM32F103微控制器NVIC中断配置方法。【难点】STM32F103端口寄存器；STM32F103存储器配置。第三章STM32F103学习平台第一节STM32F103核心电路第二节电源电路与按键电路第三节LED与蜂鸣器驱动电路第四节串口通信电路第五节FLASH与EEPROM电路第六节温度传感器电路第七节复位电路、JTAG和ADC电路第八节ZLG7289B电路第九节LCD屏接口电路第十节声码器电路第十一节参考电路板【重点难点】【重点】STM32F103最小系统电路设计；各功能电路结构。【难点】STM32F103电路板PCB设计。第四章LED灯控制与KeilMDK工程框架第一节STM32F103通用目的输入/输出口第二节STM32F103库函数用法第三节KeilMDK工程框架第四节LED灯闪烁实例【重点难点】【重点】LED流水灯控制程序设计；KeilMDK框架程序设计。【难点】STM32F103中CFGR寄存器配置和使用。实验一、基于STM32F103微控制器与ZLG7289按键的流水灯实验第五章按键与中断处理第一节NVIC中断工作原理第二节GPIO外部输入中断第三节用户按键中断实例第四节ZLG7289B按键、LED灯和数码管【重点难点】【重点】STM32F103中的NVIC中断工作原理；KeilMDK框架程序设计。【难点】STM32F103中GPIO外部输入中断。实验一、基于STM32F103微控制器与ZLG7289按键的流水灯实验第六章定时器第一节系统节拍定时器第二节看门狗定时器第三节实时时钟第四节通用定时器【重点难点】【重点】各定时器的基本原理；寄存器的相关配置。【难点】各定时器的使用。实验一、基于STM32F103微控制器与ZLG7289按键的流水灯实验第七章串口通信与声码器第一节串口通信工作原理第二节STM32F103串口第三节串口通信寄存器类型实例第四节串口通信库函数类型实例第五节声码器【重点难点】【重点】STM32F103串口通信程序设计方法；声码器语音合成技术。【难点】STM32F103串口波特率（分数阶）配置；声码器驱动程序设计。实验二、基于STM32F103微控制器与声码器的语音播报实验第八章ADC与存储器管理第一节STM32F103RCT6微控制器ADC第二节EEPROM存储器第三节FLASH存储器【重点难点】【重点】ADC模块的工作原理；EEPROM存储器；FLASH存储器。【难点】EEPROM存储器和FLASH存储器使用。实验三、基于STM32F103微控制器与LCD屏的图形显示实验第九章LCD屏与温度传感器第一节LCD屏显示原理第二节温度传感器第三节LCD显示实例【重点难点】【重点】温度传感器和LCD屏原理和使用。【难点】LCD屏驱动电路设计；STM32F103电路板PCB设计；实验四、基于STM32F103微控制器与LCD屏的动态时间和温度显示实验

四、课程评价本课程考核为百分制，由平时成绩和大作业（实验）两部分组成，其中平时成绩占比20%，大作业占80%。课程目标、评价内容和评价依据对应表如下表所示。课程目标、评价内容和评价依据对应表课程目标评价内容评价依据成绩比例（%）课堂表现练习基础性实验作业/综合性实验目标1课程基础知识1010206030目标2应用所学知识分析系统的能力1010404030目标3签到、课堂活动、作业完成情况、创造性地猜想或使用所学知识1020304025目标4课堂讨论、作业完成情况、代码实现、团队合作，系统理解202030301510103050100考勤、作业及表现评分标准如下表所示。考勤、作业及表现评分标准序号评价环节占比“优”级“良”级“中”级“及格”级“不及格”级1考勤30%无故缺课每次扣1分（满分30分，扣到0分为止）2课内练习30%不按时独立完成作业每次扣3分（满分30分，扣到0分为止）3表现40%非常积极主动参与课堂活动。[得36-40分]经常参与课堂活动，能配合同学和老师。[得32-35分]能参与课堂活动，但需要引导或激励。[得28-31分]参与课堂活动较少，多为被动。[得24-17分]参与课堂活动极少、从不参与或拒绝参与。[得0-23分]合计平时成绩100%上面3项成绩相加[得0-100分]五、课程资源1.建议使用教材张勇,陈爱国,李瑞友,等.《ARMCortex-M3嵌入式开发及应用——