《嵌入式系统基础与实践》教学大纲理论+实践新.docx
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《嵌入式系统基础与实践》教学大纲理论+实践新
《嵌入式系统(理论)》教学大纲
一、课程编码、名称和性质
课程编码:
课程名称(中文):
嵌入式系统
英文名称(英文):
EmbeddedSystem
课程性质:
专业课
二、学时、学分
总学时数:
48,其中,讲授学时:
48,实践(实验)学时:
0,学分:
3
三、适用专业及开设学期
适用专业:
电子信息工程、自动化、通信工程、电气工程及其自动化
开设学期:
第6学期
四、课程描述
本课程是一门理论与实践融合的课程。
该课程系统地介绍了嵌入式系统的基本概念和组成以及嵌入式系统开发的一般流程,针对具体的微控制器STM32详细介绍五大外设模块(通用输入输出、中断、串口通信、定时器、模数转换器)的原理及应用。
该课程着重强调动手实践采用项目案例结合时代热点、学科前言进行嵌入式系统的设计与开发,以更有效的理解和掌握嵌入式系统设计与开发的完整流程,使学生可以了解嵌入式系统技术基本概念、特点、分类,掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法。
五、教学目标
(1)能够在理解嵌入式系统的基本概念、发展历史的内涵以及外延的基础上,总结和预测嵌入式系统行业的发展现状与发展趋势,培养学生分析和总结问题的能力;
(2)能够在理解嵌入式系统组成原理的基础上,掌握嵌入式系统设计与开发的一般流程;
(3)理解和掌握ARM体系结构及STM32微控制器内核架构;
(4)能够熟练使用嵌入式主流的开发工具,掌握工程的代码编辑、程序编译、仿真和调试等能力。
(5)理解和掌握嵌入式微控制器STM32的硬件外设资源(GPIO、EXTI、USART、TIM、ADC等)及嵌入式操作系统,能够基于STM32的外设模块进行外设的应用与实践;
(6)通过项目案例,重点掌握嵌入式系统的应用开发,能够根据系统要求,进行系统的芯片选型,采用合适的开发工具,针对实际项目需求,进行系统方案的总体设计、硬件设计以及软件设计,并在设计过程中体现分析问题、项目设计与实施、团队协作、项目管理等能力。
六、教学范式
本课程主要通过讲授、翻转课堂、项目案例式以及项目协作开发等教学方法进行课程内容的学习,通过翻转课堂使学生主动了解和掌握嵌入式系统的基本概念、基本原理,培养学生充分利用互联网的资源进行自主学习;针对嵌入式微控制器的外设资源通过项目案例式教学,培养学生系统的分析与设计能力;通过项目协作开发方式,注重培养学生系统的总体设计能力、项目实施能力、团队协作能力、项目管理能力等。
七、本课程与其它课程的关系
先修课程:
《电路分析》、《C语言程序与设计》、《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《微机原理》
八、主要内容及学时分配
本课程总学时数为48学时,其中,讲授学时:
48,实践(实验)学时:
0。
理论讲授主要分为嵌入式系统基础知识、嵌入式微控制器以及嵌入式项目案例三大模块。
其中嵌入式系统基础知识模块主要讲授嵌入式系统概述,讲授学时为3个学时;ARMCortex-M内核及STM32微控制器,讲授学时为3个学时,嵌入式微控制器模块主要讲授嵌入式微控制器STM32外设的工作原理、应用以及嵌入式操作系统等,其中GPIO模块讲授6个学时,EXTI模块讲授6个学时,USART模块讲授6个学时,TIM模块讲授6个学时,DMA模块讲授3个学时,ADC模块讲授6个学时,嵌入式操作系统讲授6个学时,嵌入式项目案例依托具体的工程案例简单介绍嵌入式系统开发的完整流程,讲授学时为3个学时。
本部分内容示例:
(一)嵌入式系统概述(3学时)
1.教学内容
(1)嵌入式系统的概念、定义、分类(理解,核心)。
(2)嵌入式系统的特点及应用领域(如:
工业控制、可穿戴设备、无人机等)(了解,推荐)
(3)嵌入式系统的发展历史、趋势,理解嵌入式系统设计与开发的一般流程。
(理解,核心)
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对嵌入式的基本概念、特点、应用领域以及发展趋势等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生能够理解嵌入式系统的基本概念、发展历史的内涵以及外延,理解嵌入式系统设计与开发的一般流程。
支撑课程教学目标1,支撑专业人才培养目标1,支撑毕业要求2和3。
(二)ARMCortex-M内核及STM32微控制器(3学时)
1.教学内容
(1)ARM体系结构概述(了解,推荐)。
(2)ARMCortex-M内核架构(指令集、寄存器组等)(理解,核心)。
(3)STM32概述(芯片选型、开发模式、芯片手册等)(了解,推荐)。
(4)STM32微控制器内核架构(寄存器组、总线结构、存储结构、中断系统等)(理解,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对ARM体系结构、ARMCortex-M内核架构、STM32概述、以及STM32微控制器内核结构等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握ARM体系结构。
支撑课程教学目标3,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1。
(三)通用输入输出GPIO(6学时)
1.教学内容
(1)GPIO的基本概念(了解,推荐)。
(2)STM32F103系列MCU的GPIO内部结构、输出模式、输入模式(理解,核心)。
(3)STM32的GPIO模块HAL库接口函数(理解,核心)。
(4)基于HAL库进行GPIO的应用与实践(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对GPIO的概念、STM32F103微控制器的GPIO内部架构、输入输出模式、HAL库GPIO接口函数等内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式微控制器STM32的GPIO模块,并能够基于库函数进行GPIO模块的应用与实践。
支撑课程教学目标4和5,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1、5和3。
(四)中断EXTI(6学时)
1.教学内容
(1)中断的概念及中断处理过程(了解,推荐)。
(2)STM32微控制器的外部中断的内部结构及工作原理(理解,核心)。
(3)STM32的EXTI模块HAL库接口函数(理解,核心)。
(4)基于HAL库进行EXTI的应用与实践(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对外部中断的概念、STM32F103微控制器的EXTI内部结构及工作原理、HAL库EXTI接口函数等内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式微控制器STM32的EXTI模块,并能够基于库函数进行EXTI模块的应用与实践。
支撑课程教学目标4和5,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1、5和3。
(五)串口通信(6学时)
1.教学内容
(1)通信的基本概念(了解,推荐)。
(2)异步串行通信的数据帧格式、波特率(理解,核心)。
(3)STM32的UART模块的内部结构及工作原理
(4)STM32的UART模块HAL库接口函数(理解,核心)。
(5)基于HAL库进行UART的应用与实践(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对外部中断的概念、STM32F103微控制器的UART内部结构及工作原理、HAL库UART接口函数等内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式微控制器STM32的UART模块,并能够基于库函数进行UART模块的应用与实践。
支撑课程教学目标4和5,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1、5和3。
(六)DMA(3学时)
1.教学内容
(1)DMA的基本概念(了解,推荐)。
(2)STM32的DMA结构及工作原理(理解,核心)。
(3)STM32的DMA模块HAL库接口函数(理解,核心)。
(4)基于HAL库进行DMA的应用与实践(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对外部中断的概念、STM32F103微控制器的DMA内部结构及工作原理、HAL库DMA接口函数等内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式微控制器STM32的DMA模块,并能够基于库函数进行DMA的应用与实践。
支撑课程教学目标4和5,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1、5和3。
(七)定时器(6学时)
1.教学内容
(1)定时器的基本概念、定时与计数的区别(了解,推荐)。
(2)STM32定时器的内部结构、工作(理解,核心)。
(3)通用定时器的定时/计数、输入捕获、输出比较、PWM等功能(理解,核心)。
(4)SysTick定时器(理解,核心)。
(5)STM32的定时器模块HAL库接口函数(理解,核心)。
(6)基于HAL库进行定时器的应用与实践(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对定时器的概念、STM32F103微控制器的通用定时器内部结构及工作原理、定时/计数功能、输入捕获功能、输出比较功能、PWM功能、HAL库定时器接口函数等内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式微控制器STM32的定时器模块,并能够基于库函数进行定时器的应用与实践。
支撑课程教学目标4和5,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1、5和3。
(八)ADC(6学时)
1.教学内容
(1)ADC基本概念、转换过程(了解,推荐)。
(2)STM32的ADC结构及工作原理(理解,核心)。
(3)STM32的ADC模块HAL库接口函数(理解,核心)。
(4)基于HAL库进行ADC的应用与实践(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对外部中断的概念、STM32F103微控制器的ADC内部结构及工作原理、HAL库ADC接口函数等内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式微控制器STM32的ADC模块,并能够基于库函数进行ADC的应用与实践。
支撑课程教学目标4和5,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1、5和3。
(九)嵌入式操作系统(6学时)
1.教学内容
(1)嵌入式操作系统的概念和功能(了解,推荐)。
(2)嵌入式操作系统uC/OS-III的工作原理(理解,核心)。
(3)uC/OS-III的任务、任务优先级、时钟与中断(理解,核心)。
(4)uC/OS-III的多任务应用(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式对嵌入式操作系统的概念、uC/OS-III工作原理、多任务的应用等内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式操作系统的概念、uC/OS-III工作原理及多任务应用实践。
支撑课程教学目标4和5,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求1、5和3。
(十)嵌入式系统综合设计实例(3学时)
1.教学内容
(1)嵌入式开发的一般流程(了解,推荐)。
(2)基于具体的开发项目进行嵌入式系统的综合开发实践(运用,核心)。
2.教学范式
通过讲授、翻转课堂等教学方式基于具体的项目案例对嵌入式开发的一般流程等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式开发的一般流程、嵌入式主流的开发工具使用、项目程序编译及调试等。
支撑课程教学目标6,支撑专业人才培养目标2和3,支撑毕业要求3、9和10。
九、教材、参考书及在线学习网站
(一)推荐教材
(二)参考书目
(三)在线学习网站
十、考核方式与成绩评定
(一)考核方式及成绩评定
课程总评成绩分成平时成绩和期末成绩,期末成绩占50%,平时成绩占50%。
平时成绩包括平时作业和项目实践,其中平时作业占20%,包括考勤、平时作业,项目实践占30%。
(二)考核评价的标准
从目前的知识考核,向能力考核转变,嵌入式总评成绩中的项目实践内容评价采用项目化的考核方式,其考核评价标准如下表所示。
所占比
重(%)
优秀(100>x≥90)
良好(90>x≥80)
中等(80>x≥70)
及格(70>x≥60)
不及格(x<60)
基本知识点的理解与掌握
30
熟练掌握了本课程的基本知识点,能够达到学以致用的水平
基本掌握了本课程的基本知识点,但存在某些盲点
基本掌握了本课程的核心知识点,对核心知识点能够简单应用
基本了解本课程的核心知识点,在指导下能够应用本课程知识点
不了解本课程的知识点,不知如何应用
项目代码的运行结果正确与否
30
项目运行结果与要求一致,没有错误,甚至比要求更加完美
项目运行结果与要求基本一致,但存在小错误
项目运行结果与要求基本一致,存在较多小错误
项目运行结果与要求有出入,但是明白出错误的原因
项目运行结果与要求不一致,存在较大差别,错误比较多
项目代码的完整性与原创性
20
项目代码完整、考虑全面、基本都是原创性代码
项目代码比较完整、考虑比较全面、具有一定的原创性代码
项目代码比较完整,但是存在明显代码粘贴痕迹,基本没有原创性代码
项目代码存在不完整性,较多代码有粘贴痕迹,无原创性代码
项目代码不完整,存在明显缺失,代码粘贴痕迹明显
团队协作能力及文档撰写能力
20
团队协作高效,团队成员之间优势互补;项目文档撰写格式规范、完整,都是原创性的文档。
团队协作能力良好,较好的融入团队;项目文档撰写较好,格式规范,具有一定的原创性。
团队协作能力较好,团队成员能较好的融入团队;项目文档撰写比较规范,存在部分粘贴痕迹。
团队协作一般;项目文档撰写存在不规范、不完整,有较多的粘贴痕迹
团队协作能力差,合作意愿差,拒绝分享;项目文档撰写不规范、不完整,存在大量及明显的粘贴复制
(三)课程考核对课程目标的支撑
考核环节
分值
考核/评价细则
课程目标
1
2
3
4
5
6
作业
20
(1)主要考核学生对每章节知识点的复习、理解和掌握程度;
(2)每次作业按20分制单独评分,取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。
√
√
√
√
2
3
5
5
5
项目实践
30
(1)考查应用所学知识及应用先进设计工具解决工程问题的实践能力、口头和文字表达能力以及团队合作能力;
(2)教师根据选题、设计文稿、程序、报告和答辩情况评分。
√
√
√
√
√
5
10
15
期末考试
50
(1)卷面成绩100分,以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。
(2)主要考核嵌入式系统开发的流程、ARM内核架构、STM32五大外设模块(通用输入输出、中断、串口通信、定时器、ADC)、嵌入式操作系统等内容。
考试题型为:
简答题、程序设计题和综合题等。
√
√
√
√
√
√
5
20
5
20
合计:
100分
2
8
25
15
35
15
《嵌入式系统实验(实践)》教学大纲
一、课程编码、名称和性质
课程编码:
课程名称(中文):
嵌入式系统实验
英文名称(英文):
EmbeddedSystemExperiment
课程性质:
专业课
二、学时、学分
总学时数:
16,其中,讲授学时:
0,实践(实验)学时:
16,学分:
2
三、适用专业及开设学期
适用专业:
电子信息工程、自动化、通信工程、电气工程及其自动化
开设学期:
第6学期
四、课程描述
本课程是一门针对嵌入式系统的实践课程。
通过课程学习,加深学生对嵌入式系统基本理论知识的理解,掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法,重点学习嵌入式系统的开发流程、程序设计和接口方法。
内容是掌握输入输出接口、中断、串行通信接口、定时器、ADC等模块的原理及应用,熟练掌握开发工具及仿真调试软件的使用。
五、教学目标
(1)能够熟练使用嵌入式主流的开发工具,掌握工程的代码编辑、程序编译、仿真和调试等能力;
(2)理解和掌握嵌入式微控制器STM32的硬件外设资源(GPIO、EXTI、USART、TIM、ADC等)以及嵌入式操作系统,能够基于STM32的外设模块进行外设的应用与实践;
(3)能够在理解嵌入式系统的基础上,掌握嵌入式系统设计与开发的一般流程;
(4)通过综合性项目,重点掌握嵌入式系统的应用开发。
能够根据实际项目需求,进行系统的,进行系统方案的总体设计、芯片选型、以及硬软件设计,并在设计过程中体现分析问题、项目设计与实施、团队协作、项目管理等能力。
六、教学范式
本课程主要通过讲授、翻转课堂、项目案例式等教学方法进行课程内容的学习,培养学生充分利用互联网的资源进行自主学习。
七、本课程与其它课程的关系
先修课程:
《电路分析》《C语言程序与设计》、《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《微机原理》
八、主要内容及学时分配
本课程总学时数为16学时,其中,讲授学时:
0,实践(实验)学时:
16。
基础实验部分主要针对STM32的外设模块(GPIO、EXTI、USART、TIM、ADC等)以及嵌入式操作系统uC/OS-III进行实验,共24学时;综合实践部分主要采用小组团队合作方式进行项目化的实践,学时为8。
(一)GPIO实验(2学时)
1.教学内容
(1)GPIO的基本概念、内部结构。
(理解,核心)
(2)GPIO的输出模式应用及HAL库接口函数。
(运用,核心)
(3)GPIO循环点亮LED灯。
(运用,核心)
2.教学范式
通过翻转课堂、现象驱动式等教学方式对GPIO的工作原理及应用等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
支撑课程教学目标1、2,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求2和3。
(二)EXTI实验(2学时)
1.教学内容
(1)EXTI的概念、基本原理。
(理解,核心)
(2)EXTI的HAL库接口函数。
(运用,核心)
(3)按键中断方式控制LED灯闪烁。
(运用,核心)
2.教学范式
通过翻转课堂、现象驱动式等教学方式对EXTI的工作原理及应用等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
支撑课程教学目标1、2,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求2和3。
(三)USART实验(2学时)
1.教学内容
(1)USART的基本概念、工组原理。
(理解,核心)
(2)USART的HAL库接口函数。
(运用,核心)
(3)串口通信基本的数据收发实验、串口指令控制LED闪烁实验(运用,核心)。
2.教学范式
通过翻转课堂、现象驱动式等教学方式对串口通信的工作原理及应用等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
支撑课程教学目标1、2,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求2和3。
(四)定时器(2学时)
1.教学内容
(1)通用定时器的基本概念、工作原理。
(理解,核心)
(2)通用定时器的基本定时方法。
(运用,核心)
(3)定时器精确延时1s实验、PWM实验。
(运用,核心)
2.教学范式
通过翻转课堂、现象驱动式等教学方式对定时器的工作原理及应用等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
支撑课程教学目标1、2,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求2和3。
(五)ADC实验(2学时)
1.教学内容
(1)ADC基本概念、工作原理。
(理解,核心)
(2)ADC基本工作过程。
(理解,核心)
(3)ADC采集芯片内部温度实验(运用,核心)。
2.教学范式
通过翻转课堂、现象驱动式等教学方式对ADC的工作原理及应用等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
支撑课程教学目标1、2,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求2和3。
(六)嵌入式操作系统实验(2学时)
1.教学内容
(1)嵌入式操作系统uC/OS-III的工作原理。
(理解,核心)
(2)uC/OS-III的移植。
(运用,核心)
(3)uC/OS-III的多任务应用。
(运用,核心)
2.教学范式
通过翻转课堂、现象驱动式等教学方式对ADC的工作原理及应用等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
支撑课程教学目标1、2,支撑专业人才培养目标2,支撑毕业要求2和3。
(七)嵌入式系统综合设计实践(4学时)
1.教学内容
(1)嵌入式开发的一般流程。
(理解,核心)
(2)基于具体的开发项目进行嵌入式系统的综合开发实践(运用,核心)。
(3)根据学科特点结合时代热点,自拟题目,以小组方式实现一个具体项目。
2.教学范式
通过翻转课堂、小组合作等教学方式基于具体的项目案例对嵌入式开发的一般流程、综合实践项目等课程内容开展教学。
3.本部分教学内容对培养规格要求的支撑
本部分教学内容使学生重点理解和掌握嵌入式开发的一般流程、嵌入式主流的开发工具使用、嵌入式系统综合开发实践,能够针对实际项目需求,进行系统方案的总体设计、硬件设计以及软件设计,并在设计开发过程中进行分析与解决问题能力、项目设计与实施、团队协作、项目管理等能力的培养和锻炼。
支撑课程教学目标3、4,支撑专业人才培养目标2和3,支撑毕业要求23、9和11。
九、教材、参考书及在线学习网站
(一)推荐教材
(二)参考书目
(三)在线学习网站
十、考核方式与成绩评定
(一)考核方式及成绩评定
考核方式采用平时成绩+期末考试相结合的考核方式,其中平时成绩占60%,期末考试占40%。
平时成绩包含动手操作(30分)、实验报告(30分),多次实验取平均值。
期末考试包括动手操作(30分)和报告(10分)。
(三)考核评价的标准
1.平时成绩的实验报告:
满分30分
实验报告
项目完善
实验原理
阐述清楚
实验方案
设计合理
实验操作
代码或系统流程分析正确
对实验的总结
与拓展思考合理
5
3
10
10
2
2.平时成绩的动手操作:
满分30分。
实验仪器操作熟练
实验系统
搭建正确
实验代码
正确且规范
对实验现象阐述与分析合理
5
5
15
5
3.期末考试的动手操作:
满分30分。
评分标准同上
4.期末考试的报告:
满分10分。
(三)课程考核对课程目标的支撑
考核环节
分值
考核/评价细则
课程目标
1
2
3
4
平时实验之
实验报告
30
(1)考核学生对实验的预习情况,对实验基本原理的掌握情况;
(2)考核学生实验方案的设计能力,对实验内容的总结和撰写报告的能力;
(3)取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。
√
√
√
√
5
10
5
10
平时实验
之
动手操作
30
(1)考核学生对实验仪器的操作能力;
(2)考核学生实验方案的实施情况,理论联系实践的能力;
(3)考核学生分析实验现象,并进行阐述的能力;
(4)取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。
√
√
√
√
10
15
5
5
期末考试
之
动手操作
30
(1)考核学生对实验课程内容的掌握程度;
(2)考核学生对实验仪器的操作能力;
(3)考核学生实验方案的实施情况,理论联系实践的能力。
√
√
√
10
10
10
期末考试
之
报告
10
(1)考核学生对实验基本原理的掌握情况;
(2)考核对实验方案的设计
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- 嵌入式系统基础与实践 嵌入式 系统 基础 实践 教学大纲 理论