《嵌入式系统设计》教学大纲（本科）.docx
嵌入式系统设计教学大纲课程英文名Design of Embedded System课程代码02M0101学分2.0总学时32理论学时20实验/实践学时12课程类别专业课课程性 质任选先修课程电路与模拟电子技术、数字电子技术、 微机原理与应用适用专业测控技术与仪器测控技术与仪器（卓越）开课学院计量测试工程学院执笔人审定人制定时间2020年11月注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（-）课程地位本课程是研究嵌入式系统理论的入门课程，是测控技术与仪器专业的一门选修课，也是现代 控制、仪器仪表、机电和计算机类各专业的一门专业方向课程。因此，该课程对于提升学生专业 素质具有重要作用。本课程要求学生认识嵌入式系统的基本概念、基本原理；熟悉嵌入式系统尤其是基于 Cortex-M3内核芯片的基本结构和硬件资源使用方法；掌握Keil编程软件的基本使用方法；初步 掌握分析具体工程问题，初步具备嵌入式系统方案设计的思维和能力。（二）课程目标本课程以培养计量行业工程人才为核心，激发学生对专业的认同感和爱国情怀；同时在工程 问题的发现与解决过程中，理解嵌入式系统对国民经济的重要意义，培养学生形成求真务实的科 学思维，激发学生创新意识。具体课程目标如下：1 .熟悉、掌握嵌入式测控系统设计的基本原理；2 .初步具备应用现代设计软件解决工程问题的能力；3 .初步具备分析具体工程问题、提出嵌入式方案设计思维的能力；具备一定的收集和提炼 信息的能力、团队合作能力、表达能力。二、课程目标达成的途径与方法本课程以课堂教学为主，结合实验教学+团组自主设计实验+团组方案设计答辩。1、课堂教学主要讲解以Cortex-M3内核芯片STM32F10X为代表的嵌入式系统的相关基本 概念、基本结构以及基本使用方法，并将日常生活、生产中遇到的电子设备融入到基本概念、结 构、应用的课堂讲解中，使学生更好地认识和理解嵌入式系统的基本原理和应用场合，提高学生 对嵌入式系统的学习兴趣、熟悉嵌入式系统的软硬件结构、设计思维和应用方法。课堂教学尽量 设置多种形式的互动环节（如问答、实物展示等），使学生能更好地融入课堂教学，提高教学效 果。2、实验教学以STM32F10X （Cortex-M3内核）开发板为平台，通过Keil软件进行嵌入式程 序编写，熟悉软件集成开发环境，完成外部中断、定时器、UART、RTC等应用功能模块的代码 验证，并自主修改代码实现各个功能的拓展，以培养学生应用现代设计软件解决问题的能力。3、团组自主设计实验以若干学生组成一个小团队的形式，基于STM32F10X开发板并根据 本课程所学知识，调用多个功能模块资源来自主设计实现一种演示实验，以培养学生分析问题的 能力、提出设计方案的能力、熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力、团队合作能力、 表达能力等。4、以小组为单位，针对具体的嵌入式系统设计案例，通过分析需求、查阅资料和小组讨论, 完成系统设计的技术可行性和市场可行性分析，完成方案初步设计，准备演示PPT,大组讲解并 接受“质询”，以此进一步培养学生解决工程问题的能力、团队合作能力、表达能力等。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求3毕业要求5毕业要求9课程目标1L课程目标2L课程目标3L注：1 ,支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求第一章绪论了解嵌入式系统的定义和要求，理解嵌入式系统的特点和嵌入式系统的设计过程。第二章ARM体系结构及指令系统熟悉ARM微处理器结构，理解ARM微处理器的功能信号，掌握ARM处理模式和状态， 掌握ARM存储器组织，了解异常，了解ARM指令集，了解Thumb指令集，了解ARM的伪指 令及其它指令。第三章STM32F10X系列硬件结构掌握STM32F10X系列芯片的硬件结构，内部模块的功能及使用要点。了解STM32F10X系 列芯片内部的CPU和寄存器结构、常用功能模块及相关配置寄存器的定义及使用方法。掌握 STM32F10X系列芯片内部资源中外部中断、定时器、UART、RTC等模块的编程。第四章接口技术及硬件设计掌握以STM32F10X系列芯片为核心的单片机最小系统硬件设计方法，STM32F10X系列芯 片与外围接口芯片如A/D、D/A、液晶模块、键盘等常用外部设备的接口电路设计方法，并掌握 库函数的使用方法。第五章（1C/0S-II （或RT-Thread）程序设计基础掌握RC/OS-n （或RT-Thread）操作系统常用函数基本用法，了解实时嵌入式操作系统任务 调度、时间管理、任务间通讯的基本原理和方法，熟悉基于/C/OS-II （或RT-Thread）操作系统 的嵌入式软件基本框架。第六章典型嵌入式系统设计与实现掌握基于嵌入式的典型测控系统设计流程，熟悉嵌入式系统设计过程中的需求分析、指标分 解、系统架构设计、硬件/软件开发、系统集成与测试等步骤的基本方法。五、课程学时安排章节号教学内容学时 数学生任务对应课程目 标第一早绪论3课程目标1第二章ARM体系结构及指令系统1课程目标1第三章STM32F10X系列硬件结构6课程目标1第四章接口技术及硬件设计2课程目标1第五章I1C/0S-II程序设计基础4课程目标1第六章典型嵌入式的设计与实现、答辩4课程目标3实验一Keil熟悉、GPIO操作2实验并完成实验报告课程目标2实验二中断、DMA2实验并完成实验报告课程目标2实验三显示及人机交互2实验并完成实验报告课程目标2实验四串口通讯2实验并完成实验报告课程目标2实验五小综合（TIM,操作系统）2实验并完成实验报告课程目标2实验六综合设计（AD+自选，操作系统）2实验并完成实验报告课程目标3六、实践环节及基本要求序 号实验项目名称学时基本要求学生任务实验 性质实验 类别1Keil熟悉、GPIO操作2利用实验环境完成GPIO操作实验并完成实验 报告验证必做2中断、DMA2实现中断，并了 解DMA实验并完成实验 报告验证必做3显示及人机交互2显示人机交互并 编程实现实验并完成实验 报告验证必做4串口通讯2熟悉串口通讯原 理并实现实验并完成实验 报告验证必做5小综合（TIM,操作系统）2实现将RTC数据 通过串口输出实验并完成实验 报实验并完成实验证必做6综合设计（AD+自选，操作系统）2实现AD采样另 自选一项组合实实验并完成实验 报告验证必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定（-）考核方式与评价考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩 比例过程考核含到课率、课堂讨论发 言等含1次课堂提问、4次课堂点名，每次点 名和提问占过程考核成绩的20%10%实验考核实验现场验收和报告含5次单项验证实验和1次自主设计实 验。每次实验由现场验收和报告组成。20%实践考核嵌入式系统设计样例设 计及答辩以小组为单位，在所提供的嵌入式系统设 计样例中选择一个，完成系统设计并答 辩，最终成绩按照学生打分50%和老师打 分50%折算该项目分值。小组成员分值可 根据贡献程度在小组分值上下30%范围 内浮动，但不超过满分。30%期末考核开卷主要考核学生对嵌入式系统的基本概念、 基本结构、基本使用方法以及程序编写的 掌握程度。书面考查形式。题型为（1） 判断题（2）选择题（3）程序分析题（4） 综合设计题等40%考核类别考查成绩登记方式百分制（二）课程目标考核环节和达成标准课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试BRA目标达成度=0.8x二+0.2x3B（）A0课程目标2实验实验现场验收C0.6实验报告DcD目标达成度=0.5 x +0.5 x C（）课程目标3答辩实践考核成绩E0.6F 目标达成度二一八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：STM32F103X微控制器与MC/OS-II操作系统，贾丹平 桂瑞主编，电子工业出版社，2017.1 ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南（第三版）Joseph Yiu著 吴常玉等译，清华大学 出版社,2015 （2018年8月重印）（二）主要参考书：STM32F10xxx参考手册STM32 Reference Manual （RM0008）的翻译稿， l/af743/d5 /CD0017119O.pdf/files/CDOO171190.pdf/jcr:content/translations/en.CD00171190.pdf,或参照官方最 新版。例说STM32，刘军张洋严汉宇编著，北京航空航天大学出版社，2014年6月第二版。嵌入式实时操作系统rC/OS-II教程，（美）拉伯罗斯著 邵贝贝等译，北京航空航天大学 出版社，2003年5月第二版。RT-Thread内核实现与应用开发实战指南，刘火良杨森等，机械工'业出版社,2019年1月。嵌入式操作系统基础|aC/OS-II和Linux，任哲樊生文编著，北京航空航天大学出版社， 2011年8月第二版。
