《嵌入式系统》课程实施大纲.docx
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1、嵌入式系统课程实施大纲目录1 .教学理念4.课程介绍71.1 课程的性质71.2 课程在学科专业结构中的地位、作用71.3 课程的历史与文化传统71.4 课程的前沿及发展趋势81.5 课程与经济社会发展的关系91.6 课程内容可能涉及到的伦理与道德问题101.7 学习本课程的必要性10.教师简介121.8 教师的职称、学历错误!未定义书签。1.9 教育背景错误!未定义书签。1.10 研究方向错误!未定义书签。2 .先修课程12.课程目标123 .课程内容133.1 课程的内容概要133.2 教学重点、难点143.3 学时安排15.课程实施17 以适应时代发展的需要。学习已日益成为生活中的一项重
2、要内容。现代信息技术 为我们提供了处理、储存和传递信息的手段,给学习、工作带来极大便利。现代 化的交通、通讯等手段,为人们的交往提供了方便。劳动生产率的提高,使人们 自由支配的闲暇时间增多,为人们全面自由的发展创造了更多的机会,使人们能 更多地从事科学、艺术、文化、教育等事业的创造性活动。三、促进了思维方式的变革。引起思维变化的最切近的基础是实践。科技革命首先通过改变社会环境来促使思维方式的发展,如扩大了人们的交 往,开阔了人们的视野。现代科技革命对人的思维方式产生了更重要的影响,主 要表现在新的科学理论和技术手段通过影响思维主体、思维客体和思维工具,引 起了思维方式的变革。在现代科技革命条件
3、下,人们具有了新的知识理论结构和 社会组织结构,能够运用新的理论工具和现代化技术手段,去研究一系列新现象、 新领域、新课题。总之,由于嵌入式系统在多方面有着自身的许多优点和实用性,它的应用正 贯穿于我们生活、生产的方方面面,它可应用到工业控制、交通管理、信息家电、 家庭智能管理、网络及电子商务、环境检测和机器人等诸多方面。嵌入式系统有 着良好的、广阔的发展前景,它正悄然地改变着我们的生产、生活。这使我们有 理由相信,未来的电子技术就是嵌入式系统技术的天下。1.6 课程内容可能涉及到的伦理与道德问题无学习本课程的必要性嵌入式系统产业伴随着国家产业发展从通信、消费电子转战到汽车电子、智 能安防、工
4、业控制和北斗导航,今天嵌入式系统已经无处不在,在应用数量上已 远超通用计算机,据相关机构统计,2012年全球嵌入式软件的销售规模已经达 到了 500亿美元,而嵌入式体系产品的产值达到6000亿美元。从2004年到2011 年全球嵌入式系统市场的收入规模比2011年增长了 30.1%o根据IDC预测,到 2015年,全球智能系统的设备量将达到150亿之巨。在中国,嵌入式系统产业 规模持续增长,相关统计表明2012年我国电子制造规模达5.45万亿元,位居世 界第二;电视、程控交换机、笔记本电脑、显示器和手机等主要电子信息产品的 产量居全球首位。从前面的统计数据我们可以看出,嵌入式系统在工业控制,智
5、能家电,汽车 电子,楼宇自动化,医疗器械等各行各业都有应用;智能仪表、实时工控、通讯 设备、导航系统、家用电器常用的有验钞机,门禁系统,电子监控,变频空调等 等随处可见,而这些设备的核心都是微控制器。本课程的学习不仅是后续专业课 程的基础,同时本课程学习好之后,也可以直接从事相关产品的设计开发工作, 目前有能力进行嵌入式系统开发的人员是非常受企业欢迎的;这方面需求量是很 大的,一般毕业生的薪水在5000左右,几年后随着经验的增加收入也会逐渐递 增。通过本课程的学习,学生可以系统地掌握嵌入式系统的概念和基本设计方法, 掌握这一新的实用设计技术,为学生走向工作岗位提供有力的技术能力保障。3 .教师
6、简介.先修课程本课程的先修课程包括电路、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理、单 片机技术、C语言程序设计。请同学们能抽空复习这些课程,当然没学过这些课 或者学得不好的,并不代表本门课程不能学好,只要肯下功夫认真阅读和完成实 验的同学,你会发现本课程学起来并不难。4 .课程目标一、知识目标使学生能够掌握嵌入式系统设计过程中的基本概念和原理,使学生能够掌握 和使用最新的嵌入式系统设计方法和典型开发工具。重视将计算机系统自底向上 的各种专业课程内容的有机整合,使得诸如操作系统、体系结构、接口与通信和 计算机网络等孤立的课程呈现相互配合的应用场景,让学生进一步认识和掌握上 述课程的基本概念和基本规律
7、在实际的综合系统应用中的作用和影响。熟悉一种典型的微处理器体系结构。掌握一套主流的开发工具和一种嵌入式操作系统。熟练使用一门开发语言。二、能力目标1)具备分析问题、解决问题的能力和动手实践能力,能正确使用嵌入式系 统设计开发工具,包括Keil MDK、Altium Designer Proteus等软件以 及编程器、仿真器、信号发生器、示波器、稳压电源和万用表等硬件。2)能利用计算机和网络媒介,能自行检索相关芯片及元件的功能资料,独 立获取和利用特殊元器件与典型应用电路的信息,能阅读英文技术资料, 具有一定的自学能力和知识检索能力。3)能根据项目要求,从质量和经济的角度考虑,选择适合的嵌入式硬
8、件类 型及型号。4)能使用技术资料提供的信息,从质量和经济的角度考虑,正确设计符合 项目要求的电路图,掌握常规的编程思路,编写控制器程序,能独立完 成模块程序的设计;能够独立完成系统设计的电路设计,能够自行设计 小型嵌入式系统。5)能对设计的样品进行测试,并根据测试结果进行处理,具有对故障数据 分析处理的能力。6)能根据实验过程或产品设计过程进行总结并完成书面报告,具有一定的 文字表达能力。三、素质目标1)能够制定团队工作计划,具有团队协作意识,能够与他人进行良好的交 流与沟通。2)能够爱护实验设备,遵守实验室规则,维护公共财产和集体利益。3)具有一定的创新思维,能够解决学习中碰到的困难。4)
9、具有刻苦专研的精神,能够耐心完成工作任务。5)具有安全意识,在工作能能够保护自己、他人及环境的安全。6)勤奋好学,不耻下问。5 .课程内容课程的内容概要第1章嵌入式系统概述主要内容包括:介绍嵌入式系统;嵌入式系统的应用领域;嵌入式系统的体 系结构;嵌入式系统的现状和发展趋势。第2章嵌入式微处理器主要内容包括:STM32性能和结构;Cortex M3处理器;STM32储存地址 映射;引脚功能描述;电源连接;复位和时钟控制(RCC);输入/输出端口;模 数转换器和数模转换器;中断;DMA;定时器;同步串行口 SPI和I2C;同步异 步收发器;灵活的FSMC。第3章嵌入式系统开发环境与开发技术主要内
10、容包括:嵌入式系统开发技术;嵌入式系统的开发环境介绍以及启动 程序的分析介绍。第4章嵌入式指令集系统与程序设计主要内容包括:STM32软件开发环境;使用固件库开发我的第一个工程; 操作GPIO和管理中断;串口通信和DMA编程;SPI与12c编程;液晶屏及触 摸屏编程;定时器编程;DAC和ADC编程;网络编程。第5章嵌入式系统设计与应用主要内容包括:STM32主板结构和设计,外部液晶屏与触摸屏控制板的设 计。第6章|iC/OS-II操作系统及应用主要内容包括:rC/os操作系统概述;pc/os-n系统的移植及应用。第7章嵌入式Linux操作系统及应用主要内容包括:嵌入式Linux内核及其工作原理
11、;嵌入式Linux驱动及应用 开发。第8章Android操作系统及应用主要内容包括:Android系统简介;Android操作系统的体系结构;Android 开发工具及开发应用的方法。5.1 教学重点、难点一、教学重点本课程教材的重点章是第13章,重点的知识点具体如下所列。1)嵌入式系统的概念和特点;嵌入式系统的主要发展方向和主流技术。2)嵌入式系统的的体系结构;ARM体系结构;ARM硬件基础知识。3)掌握Cortex-M3处理器的基本结构。4)复位和时钟控制。5)中断的结构及使用。6)定时器、同步串行口 SPI和12c的结构和使用方法。7) STM32软件开发环境的使用;GPIO编程和中断管
12、理编程;液晶屏及触 摸屏编程使用;DAC和ADC编程使用。二、教学难点本课程属于专业课,下文所列的只是相对较难的知识点。1)嵌入式系统基本概念;单片机、嵌入式系统等概念的区分与联系。2)嵌入式系统有操作系统和无操作系统的区分与联系。3) ARM体系结构。4)复位和时钟控制。5) DMA使用方法。6)定时器、同步串行口 SPI和12c的结构和使用方法。7) DMA编程、SPI与I2C编程;液晶屏及触摸屏编程使用;DAC和ADC 编程使用。7.3 学时安排课次教学、作业类别及内容讲课(教学大纲分章和题目的名称)讲课 学时自学学时课堂作 业数课外作 业数1第0章嵌入式系统概述0.1嵌入式系统简介0.
13、2嵌入式系统的应用领域2220.3嵌入式系统的体系结构0.4嵌入式系统的现状和发展趋势2223第1章STM32基本原理1.1 STM32性能和结构2241.2 Cortex M3 处理器1.3 STM32储存地址映射2251.4 引脚功能描述1.5 电源连接1.6 复位和时钟控制(RCC)1.7 输入/输出端口22361.8 模数转换器和数模转换器1.9 中断1.10 DMA22271.11 定时器1.12 同步串行口 SPI和I2C1.13 同步异步收发器1.14 灵活的FSMC2228第2章硬件设计2.1 STM32主板设计2.2 液晶屏与触摸屏控制板设计2239第3章STM32软件开发3
14、.1 STM32软件开发环境3.2 使用固件库开发我的第一个工程3.3 操作GPIO和管理中断22103.4 串口通信和DMA编程3.5 SPI与I2C编程22II3.6液晶屏及触摸屏编程22123.7定时器编程223133.8 DAC和ADC编程3.9 网络编程2214第4章工程项目实例4.1需求分析4.2工程设计223154.3软件开发227.课程实施教学单元一教学日期第1次课教学目标初步了解嵌入式系统的发展历史,基础知识以及应用范围;通过演示嵌入式系统开发板等实物来激发学生的学习兴趣;掌握嵌入式系统的特点;掌握嵌入式系统与通用计算机系统的区别;了解嵌入式系统的发展趋势;了解嵌入式技术的发
15、展方向和主流技术。教学内容课程介绍第0章嵌入式系统概述0.1嵌入式系统简介0.2嵌入式系统的应用领域重点:嵌入式系统的概念和特点;嵌入式系统的主要发展方向和主流技术。难点:嵌入式系统基本概念;单片机、嵌入式系统等概念的区分与联系。教学过程一、课程介绍、学习的目标、学习本课程的方法1、课程介绍嵌入式系统原理与应用是自动化、电子信息工程等电类专业的一门专业课,讲述嵌入式 系统的基本理论、原理。本课程是一门既与硬件关系紧密,又与嵌入式操作系统、嵌入式软 件关系十分紧密课程。它围绕目前流行的32位Cortex-M3处理器和源码开放的K/OS操作 系统,讲述嵌入式系统的概念,软、硬件组成,开发过程以及嵌
16、入式应用程序开发设计方法。 本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统开发与应用打下坚实的基础。2、学习的目标掌握嵌入式系统的定义、体系结构;了解嵌入式系统在国际国内的应用现状、发展前景;掌握以Cortex-M3内核为代表的嵌入式硬件的结构、开发方法;掌握以RC/OS为代表的嵌入式操作系统的结构、移植方法;掌握MDK和Proteus的使用;了解和探索嵌入式系统在控制领域的使用现状和方法。3、学习本课程的方法要学习别人成熟的设计思想,教学上采用:“授人以渔”的方法。理论和实践相结合;教材和资料相结合;有操作系统和无操作系统相结合;对比不同体 系结构;从简单处入手,综合性思维。掌握相应的学习方法后再学
17、习高级的嵌入式系统则会 事半功倍。二、内容:1 .什么是嵌入式系统?嵌入式系统(Embedded System)是当今最热门的概念之一,然而究竟什么是嵌入式系 统呢?什么样的技术可以称为嵌入式系统技术呢?嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。由于目前嵌入式系统已经渗透到日常生活中的 各个方面,在工业、服务业、消费电子等领域的应用范围不断扩大,难以给出“嵌入式系统” 一个明确的定义。根据IEEE的定义,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置” (原文为 devices used to control, monitor; or assist the operation of eq
18、uipment, machinery or plants )o这主要是从应用上加以定义的,从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可 以涵盖机械等附属装置。单片机与嵌入式系统应用定义:嵌入式系统是嵌入到对象体系内部的专用计算机系 统。目前,国内一个普遍被认同的定义是:以应用为中心、以计算机技术为基础,软硬件可 裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。目前通常把嵌入式系统概念的重心放在“系统”(即操作系统)上,指能够运行操作系 统的软硬件综合体。广义上讲,凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片机和 DSP系统。这些系统在完成较为单
19、一的专业功能时具有简洁高效的特点。但由于他们没有操 作系统,管理系统硬件或软件的能力有限,在实现复杂多任务功能时,往往困难重重,甚至 无法实现从狭义上讲,我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统,具有自己操作系统, 具有特定功能,用于特定场合的嵌入式系统。这里所谓的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系 统。2 .嵌入式系统特点系统内核小;专用性强;系统精简;高实时性的操作系统软件是嵌入式软件的基本要求;嵌入式软件开发要想走向标准化,就必须使用多任务的操作系统;嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。3 .嵌入式系统的应用领域有哪些?国计民生的各个领域。4 .嵌入式系统的历史、现状和发展趋势20
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