《嵌入式系統》課程教學大綱一、課程概述課程名稱嵌入式系統英文名稱EmbeddedSystem課程性質專業選修課課程代碼22124026總學時32學時理論16學時+實驗16學時學分2.0開課學期第6學期先修課程《數字電路與邏輯設計》《電路與電子技術》《操作系統》《圖像處理》適用專業計科，網工開課單位計算機與電氣工程學院二、課程簡介本課程是計算機科學與技術、網絡工程專業學生的專業選修課程，在學完本課程后，學生能初步具有嵌入系統設計、維護能力，具有公司、工廠生產一線電子電氣，控制系統，開發設計與維護能力。本課程在《數字邏輯》、《大學物理》、《單片機》基礎上，系統地介紹了嵌入式系統的組成，開發環境、硬件平臺及體系結構、各個模塊工作原理和使用方法，以及如何驅動外設。初步具備元器件選型能力，掌握嵌入式(初級)系統分析、設計的基本方法，掌握常見外設驅動程序開發的基本方法，掌握不太復雜系統的分析、設計、器件選型、驅動開發、功能評測、持續改進。課程教學以STM32F4xx為例，具體內容包括：開發環境搭建，硬件平臺及其體系結構介紹，通用輸入輸出端口，液晶顯示，總線(I2C，SPI)，Nandflash存儲器，Fatfs文件系統，漢字字庫與漢字顯示，實時時鐘控制(RTC)，紅外遙控，音頻播放，攝像頭拍照。同時，課程設置10個實驗學時，包含GPIO實驗，LCD驅動實驗，總線（I2C，SPI）實驗，Nandflash實驗,Fatfs實驗，RTC實驗，漢字字庫及顯示實驗，紅外遙控實驗，音頻播放實驗，攝像頭拍照實驗。通過實驗進一步鞏固學生理論基礎知識，掌握嵌入驅動開發，系統設計能力。三、課程目標（3.3，5.2，11.1）課程目標1:能夠針對嵌入式領域復雜工程問題給出合理的解決方案，設計出滿足特定需求的部件接口方式、系統集成方式、軟硬系統功能劃分和協同工作方式，并能夠在設計環節中體現創新意識。為畢業要求3提供支持。課程目標2:能夠針對嵌入式領域復雜工程問題，選擇與使用恰當的現代工程工具和信息技術工具，包括嵌入式軟硬件開發工具、交叉調試工具、性能分析工具、工程管理工具等。為畢業要求5提供支持。課程目標3:項目過程是一個包含軟件生命周期、人員、方法和產品多個要素的相互關聯的有機整體，本課程要求學生掌握除專業知識外的工程管理方法，還應具備過程監控的能力和過程改進的意識。為畢業要求11提供支持。四、課程目標對畢業要求指標點的支撐表4-1課程目標對畢業要求指標點的支撐畢業要求畢業要求指標點課程目標12343設計/開發解決方案3.3能基于設計結果實現滿足特定需求的計算機軟/硬件功能模塊連接和系統設計，并在設計過程中體現創新意識；H5使用現代工具5.2在計算機應用領域復雜工程問題求解過程中能夠正確選擇與使用恰當的儀器、信息資源、工程工具和專業模擬軟件，對復雜工程問題進行分析、計算與設計；MH11項目管理11.1掌握計算機工程項目管理和經濟決策的方法，具有工程意識；H注：分別用“H、M、L”對應表示“高、中、低”支撐。五、教學內容、課題思政及實施手段表5-1教學內容與進度要求教學章節教學內容與要求理論學時課程目標第一章開發環境教學目的和能力要求：能夠安裝開發環境，并會建立和使用工程。理解嵌入式與多門學科（課程）的交叉和無處不在。教學重點和難點：開發環境，編譯下載教學內容：嵌入式系統概述（2學時）1.嵌入式系統定義、范圍2.日常工作生活中嵌入系統的例子二、嵌入式系統認識（2學時）1.工程模板和工程結構解析2.構建工程模板3.程序編譯、下載、調試四、課后練習-開發環境搭建42第二章硬件平臺及體系結構教學目的和能力要求：能夠理解嵌入式系統的總線架構，時鐘系統，中斷系統，寄存器地址映射。教學重點和難點：時鐘系統，中斷系統及地址映射教學內容：一、硬件平臺及體系結構（2學時）1.總線及分類2.時鐘體系及初始化和配置二、中斷系統（1學時）1.中斷配置，中斷使能2.中斷優先級3.中斷處理過程及中斷服務程序三、地址映射（1學時）1.寄存器地址分配2.地址映射41第三章通用輸入輸出端口教學目的和能力要求：掌握8種IO口工作模塊和上下拉，掌握IO口配置方法，會識別電路圖，以及IO驅動開發。教學重點和難點：IO工作模式和驅動教學內容：一、IO工作模式（1學時）1.芯片硬件資源分布2.電路圖識別3.八種工作模式二、IO配置及應用（1學時）1.IO結構體2.IO具體配置三、IO應用開發（2學時）1.跑馬燈2.按鍵驅動(矩陣鍵盤)3.IO擴展（蜂鳴器）四、GPIO控制實驗41、2第四章計數器/定時器教學目的和能力要求：掌握定時器/計數器的工作原理及應用。教學重點和難點：定時器/計數器的工作原理與配置教學內容：一、通用計數器/定時器TIMER工作原理（2學時）1.計數器工作原理與配置2.定時器工作原理與配置二、TIM應用（2學時）1.PWM2.輸入捕獲3.肪寬測量、呼吸燈等41、2第五章液晶顯示教學目的和能力要求：理解液晶屏的分類和接口驅動類型，掌握液晶FMC接口及驅動程序。教學重點和難點：RGB屏和MCU屏，FMC接口驅動液晶顯示器教學內容：一、液晶屏的分類（1學時）1.按工作原理分類LCD,LED,TFT,TN,STN,OLED2.液晶屏的識別與選型二、按接口分類（2學時）1.MCU屏2.RGB屏，行場掃描，LTDC，DMA2D三、FMC接口及液晶驅動（1學時）1.FMC接口——多功能彈性存儲設備接口2.FMC接口驅動四、LCD實驗與漢字顯示合并41、2第六章總線（IIC和SPI）教學目的和能力要求：能夠深刻理解總線、時序圖和驅動，掌握常用總線的驅動開發，總線設備的選型和應用。教學重點和難點：總線的時序教學內容：一、I2C總線（2學時）1.通信協議，控制字，工作時序圖2.I2C器件(AT24C02)和讀、寫驅動二、SPI總線（2學時）1.SPI通信協議2.SPI器件(W25Q128SpiFlash)和讀、寫驅動三、總線實驗41、2第七章串口教學目的和能力要求：能夠深刻理解串口通信原理、配置、驅動程序、應用。教學重點和難點：串口配置、串口驅動教學內容：一、串口工作原理、配置，串口通信二、串口驅動1.查詢式驅動2.中斷式驅動12、3第八章NandFlash存儲器教學目的和能力要求：理解存儲器分類，NandFlash的存儲結構，掌握NandFlash驅動。能對NandFlash進行讀寫操作。教學重點和難點：NandFalsh存儲結構和讀寫驅動教學內容：一、NandFlash介紹（1學時）1.NANDFLASH簡介2.NandFlash存儲結構二、NandFlash驅動（1學時）1.SLC和MLC2.FTL介紹，ECC糾錯和均衡磨損三、NandFlash實驗與Fatfs實驗合并22、3第九章Fatfs文件系統教學目的和能力要求：能夠理解操作系統中的文件系統工作原理理論。掌握文件系統的移植和應用，把16進制文件數據展現為文件。教學重點和難點：文件系統理論，文件系統實現與Fatfs接口教學內容：一、回顧操作系統中的文件系統理論（1學時）1.文件屬性與結構2.文件類型、組織、存儲、查找二、文件系統實現（1學時）1.fatfs的構造和組成2.文件系統移植三、文件系統實驗與NandFlash實驗合并11、3第十章字庫及漢化教學目的和能力要求：能夠理解漢字字庫（點陣）工作原理理論。掌握字庫制作、存儲、下載、讀取方法并漢化英文系統。教學重點和難點：字庫工作原理教學內容：一、字庫（0.5學時）1.GBK2.Unicode二、漢字顯示（0.5學時）1.字庫制作2.字庫的存儲分配、更新或下載、讀取、顯示三、字庫制作及顯示實驗，與LCD驅動合并11、2第十一章實時時鐘字控制教學目的和能力要求：掌握實時時鐘工作原理和作用以及常用芯片。STM32自帶的RTC，RTC驅動與應用。教學重點和難點：RTC驅動與應用教學內容：一、RTC（1學時）RTC工作原理及常用芯片介紹RTC寄存器配置與應用RTC實驗（0.5學時）時間設置讀取，時間調整與鬧鈴1.51、2第十二章紅外遙控教學目的和能力要求：掌握紅外遙控通信協議，工作原理，紅外收發器件和驅動程序，能用控制器控制設備。教學重點和難點：NEC紅外協議教學內容：一、紅外遙控（1學時）紅外遙控協議NEC紅外編碼協議二、紅外遙控實驗（0.5學時）1.51、2表5-2實驗/上機部分教學內容與進度要求（課時含在表5-1教學內容與進度要求）序號實驗/上機項目實驗內容與方法實驗類型學時必做/選做課程目標1GPIO控制實驗能夠控制LED、按鍵和蜂鳴器綜合2必做2，32總線實驗I2C\SPI驅動及讀寫AT24C02\W25Q128綜合2必做1、33文件系統實驗NandFlash存儲，Fatfs應用，顯示存儲設備的容量綜合2必做1、34液晶驅動與漢字顯示LCD驅動、字庫制作、下載、顯示綜合2選做1、35RTC實驗時間的設置、顯示、調整與門鈴驗證性1選做2、36紅外遙控按遙控器不同的鍵，分別控制led和beep，并在lcd上顯示所按鍵綜合性1選做1、2、3表5-3課程思政案例序號案例名稱所屬章節/實驗實踐項目案例教學目標案例教學內容1芯片及方案選型第1章去美國化，反芯片壟斷整化實踐環節都采用STM32開發板進行2漢字及顯示第10章弘揚中華文明制作漢字字庫，漢字顯示3RTC與遙控第11、12章找尋個人價值存在感，增強民族自信心。RTC實時時鐘控制，紅外遙控注：課程思政案例每門課程根據課程內容實際情況加設，每門課程至少3-5個。表5-4課程實施手段序號采用手段具體目標1以課堂教學為主，理論教學、實驗教學，課后調研實踐，小組討論與課后作業，實驗報告相結合系統掌握STM32F429開發板，能理論與實踐結合，分析問題解決問題。強化學生工程觀點的建立和工程分析能力的培養2課堂教學采用多媒體課件、電子教案、傳統教學方法和線上教學輔助結合提高效率，增強教學的直觀性和課堂教學的信息量3小組討論采用啟發式教學，通過學生協作、自主學習的答辯模式進行讓學生自主分工、查閱資料、研究分析與制作匯報報告，培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力3現場參觀采用集中輔助，課外時間單獨完成要求提交調研報告六、考核及成績評定本課程考核采用平時成績+實驗成績+期末考試的綜合考核方式，即：總成績=平時成績*40%+作業成績*30%+實驗成績*30%其中平時成績分為4部分：考勤（10%）、課堂測試（10%）、作品成績（20%）【也可以酌情用其它貢獻計量如助教工作、參賽情況】，各考核環節及權重如表6-1所示。表6-1考核環節及權重表項目名稱平時成績作業成績實驗成績權重40%30%30%1、實驗成績：占總成績的30%。大約分為5次實驗；每次評分施行百分制，評分內容包括實際效果和實驗報告格式。2、作業：占總成績的30%。web線上做作業，系統自動評分。3、作品，課畢后，學生需要提交一個作品，功能與課程內容相關，也可以超出課本與嵌入式系統大方向相關4、考勤：占總成績10%，百分制，曠課扣20分，遲到扣8，早退扣10分，請假扣2分，曠課3次以上取消考試資格。5、按照工程教育認證標準和學校人才培養要求，考核以學生能力是否有效達成為基準。為保障學生課程培養能力的達成，規定期末考試卷面成績低于45分（不含45分）總評成績一律為不及格。6、考核周期為一個學年。為使評價結果盡快反饋給各個教學環節，促使各個教學環節盡快改進，保證教學效果的快速提升，課程考核成績評價每學年進行1次。7、考核依據《計算機與電氣工程學院課程目標達成評價實施辦法》文件進行。七、課程質量評價和持續改進課程結束后由課程責任人以定量和定性評價方法，針對具體課程目標形成文字或圖表形式的報告，針對學生個體和整體的學習成果評價并對相關問題進行分析；課程目標達成與課程在培養學生解決復雜工程問題能力的具體環節任務的達成相關性分析；對以上各薄弱環節進行原因分析，提供持續改進建議，并由學院教學指導委員會進行審核。針對學生個體和整體的課程目標評價方法如下：1、面向整體學生的課程目標達成評價：某課程目標評價值=∑每個學生課程目標評價值/學生總人數2、針對學生個體的課程目標達成評價：學