《嵌入式系统》课程教学大纲(本科)

嵌入式系统

（Embedded System）

课程代码：06410141

学分：3

学时： 64 （其中：课堂教学学时： 32 实验学时： 32 上机学时： 0 课程实践学时:

0 ）

先修课程：计算机组成原理或微机系统与接口技术、程序设计基础

适用专业：计算机科学与技术

教材：基于STM32的嵌入式系统原理与设计,卢有亮,机械工业出版社,2014.01

一、课程性质与课程目标

（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）

《嵌入式系统》是计算机科学与应用专业的专业选修课。嵌入式系统是继网络技术之后，又一个新的技术发展方向。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、基本理论、基本知识、基本设计方法及相关的技能。通过本课程的学习，学生可以了解嵌入式系统及嵌入式操作系统的新技术、新成就和最新的发展趋势，具备合理选用嵌入式处理器，并根据嵌入式系统的相关应用要求，对其进行合理设计和调试的能力。初步具有嵌入式系统的硬件设计和软件开发的能力。为后续自学嵌入式方向进阶课程和将来从事嵌入式方向科研和生产工作奠定理论基础，为学生走向工作岗位提供有力的技术能力保障。

（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力目标。）

课程的具体目标如下：

1.知识方面

《嵌入式系统》主要讲授ARM嵌入式处理器及实时操作系统的基本概念和使用方法。

1.1 了解嵌入式系统的基本架构。

1 / 17

1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。

1.3 掌握基本的嵌入式系统软、硬件设计过程和技巧。

1.4 掌握嵌入式系统设计中的基本方法和常用接口的使用方法。

1.5 了解实时操作系统的构建方法。

2.能力与素质方面

2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。

2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。

2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。

2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调试能力。

2.5 逐步培养学生的逻辑思维能力。

（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系

本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点3-4，4-1，5-3，6-1

1.毕业要求指标点3.4：能够借助文献研究分析计算机领域复杂工程问题的解决方案，以获得有效结论。

2.毕业要求指标点4.1：能够遵循计算机系统开发和工程化的基本要求，针对复杂工程问题，给出解决方案，并具有创新意识。

3.毕业要求指标点5.3:能够基于计算机科学与技术原理并采用科学方法对计算机科学与技术领域复杂工程问题进行研究，制定实验方案。

3.毕业要求指标点6.1：了解计算机科学与技术领域的相关新工具、新技术。

课程目标

毕业要求指标点

1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5

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毕业要求3-4

毕业要求4-1

毕业要求5-3

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毕业要求6-1

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注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“”，也可标注“H、M、L”。

二、课程内容与教学要求（按章撰写）

第一章 STM32体系结构

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.1 了解嵌入式系统的基本架构；1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。

1. 本课程的性质、特点、研究对象与方法、目的、任务。（讲授）

2. 本课程的学习方法。（讲授）

3. 嵌入式系统的定义。（讲授+案例+启发式+参与式）

4. 嵌入式处理器分类。（讲授+对比）

5. 嵌入式操作系统分类。（讲授+自学）

6. CORTEX-M3体系结构。（讲授+对比）

（二）教学要求

1. 掌握嵌入式系统的定义，具有在日常生活中识别嵌入式系统的能力。

2. 了解嵌入式系统的应用领域现状和发展趋势。

3. 了解本课程的性质、研究对象与方法、任务。

4. 激发学生学习本课程的兴趣。

（三）重点与难点

1. 重点

嵌入式系统的特点；嵌入式处理器的特点。CORTEX-M3体系结构

2. 难点

培养根据用户需求，正确选择处理器、选择嵌入式操作系统构建嵌入式系统的能力。Cortex M3寄存器组织， 堆栈，STM32储存地址映射。位地址。

第二章 STM32时钟配置、GPIO和NVIC

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。1.3 掌握基本的嵌入式系统软、硬件设计过程和技巧。1.4 掌握嵌入式系统设计中的基本方法和常用接口的使用方 3 / 17

法。2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调试能力。

1. STM32时钟的选择和配置。（讲授+对比+演示）

2. STM32 GPIO引脚的可选功能。（讲授+对比+演示）

3. STM32 GPIO引脚的配置方法。（讲授+对比+演示）

4. STM32 GPIO引脚实现数字输入输出。（讲授+案例+启发式+参与式）

5. STM32 NVIC功能配置和外部中断处理。（讲授+演示）

（二）教学要求

1. 掌握STM32时钟配置的方法。

2. 掌握STM32时钟源的选择原则。

3. 掌握GPIO引脚可选功能的相互关系。

4. 掌握GPIO引脚的配置方法。

5. 掌握GPIO引脚实现数字输入输出的方法。

6. 掌握STM32 NVIC功能配置和外部中断处理方法。

7. 掌握NVIC优先级分组和中断嵌套。

（三）重点与难点

1. 重点

STM32 时钟配置的方法。STM32 GPIO引脚的配置方法。STM32 GPIO数字输入输出的方法。STM32 NVIC中断的使用。

2. 难点

CUBEMX配置软件的使用方法。开发环境的使用和调试方法。库函数的功能，实现和使用方法。中断优先级分组和中断嵌套。

第三章 STM32定时器

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。1.3 掌握基本的嵌入式系统软、硬件设计过程和技巧。1.4 掌握嵌入式系统设计中的基本方法和常用接口的使用方法。2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调 4 / 17

试能力。

1. STM32基本定时单元。（讲授+对比+演示）

2. STM32 定时器的工作模式。（讲授+对比+演示）

3. STM32 各定时器的异同。（讲授+对比+演示）

4. STM32 PWM波形输出。（讲授+案例+启发式+参与式）

5. STM32 定时器级联。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二）教学要求

1. 掌握STM32定时器配置的方法。

2. 掌握STM32定时器资源的使用原则。

3. 掌握STM32定时器的各种工作模式。

4. 掌握STM32定时器的级联工作模式。

5. 掌握STM32定时器的中断处理模式。

（三）重点与难点

1. 重点

STM32 定时器配置的方法。STM32 定时器的工作模式。STM32 定时器中断的使用。

2. 难点

STM32 定时器的级联工作方式。

第四章 STM32 USART

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。1.3 掌握基本的嵌入式系统软、硬件设计过程和技巧。1.4 掌握嵌入式系统设计中的基本方法和常用接口的使用方法。2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调试能力。

1. STM32 USART单元。（讲授+对比+演示）

2. STM32 USART的相关配置。（讲授+对比+演示）

3. STM32 USART相关引脚的配置。（讲授+对比+演示）

4. STM32 USART通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

5 / 17

5. STM32 USART中断方式通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二）教学要求

1. 掌握STM32 USART接口的配置的方法。

2. 掌握STM32 USART中断处理模式。

（三）重点与难点

1. 重点

STM32 USART相关知识点。STM32 USART的配置方法。STM32 USART相关引脚配置。STM32 USART中断处理。

2. 难点

STM32 USART配置相关知识点和底层寄存器的工作原理。

第五章 ADC/DAC接口

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。1.3 掌握基本的嵌入式系统软、硬件设计过程和技巧。1.4 掌握嵌入式系统设计中的基本方法和常用接口的使用方法。2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调试能力。

1. STM32 ADC单元工作原理和通道。（讲授+对比+演示）

2. STM32 ADC的相关配置。（讲授+对比+演示）

3. STM32 ADC相关引脚和DMA的配置。（讲授+对比+演示）

4. STM32 ADC采样的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

5. STM32 DAC单元工作原理和通道。（讲授+对比+演示）

6. STM32 DAC的相关配置。（讲授+对比+演示）

7. STM32 DAC相关引脚和DMA的配置。（讲授+对比+演示）

8. STM32 DAC采样的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二）教学要求

1. 掌握STM32 ADC接口的配置的方法。

2. 掌握STM32 ADC中断处理模式。

3. 掌握STM32 DAC接口的配置的方法。

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4. 掌握STM32 DAC中断处理模式。

（三）重点与难点

1. 重点

STM32 ADC/DAC相关知识点。STM32 ADC/DAC的配置方法。STM32 ADC/DAC相关引脚配置。STM32 ADC/DAC中断处理。

2. 难点

STM32 ADC采样通道和使用方法。

第六章 STM32 SPI/I2C 接口

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。1.3 掌握基本的嵌入式系统软、硬件设计过程和技巧。1.4 掌握嵌入式系统设计中的基本方法和常用接口的使用方法。2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调试能力。

1. STM32 SPI和I2C接口的使用和异同。（讲授+对比+演示）

2. STM32 SPI接口的相关配置。（讲授+对比+演示）

3. STM32 SPI接口相关引脚的配置。（讲授+对比+演示）

4. STM32 SPI通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

5. STM32 SPI中断方式通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

6. STM32 I2C和I2C接口的使用和异同。（讲授+对比+演示）

7. STM32 I2C接口的相关配置。（讲授+对比+演示）

8. STM32 I2C接口相关引脚的配置。（讲授+对比+演示）

9. STM32 I2C通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

10. STM32 I2C中断方式通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二）教学要求

1. 掌握STM32 SPI接口的工作原理。

2. 掌握STM32 SPI接口的配置的方法。

3. 掌握STM32 SPI中断处理模式。

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4. 掌握STM32 I2C接口的工作原理。

5. 掌握STM32 I2C接口的配置的方法。

6. 掌握STM32 I2C中断处理模式。

（三）重点与难点

1. 重点

STM32 SPI/I2C相关知识点。STM32 SPI/I2C的配置方法。STM32 SPI/I2C相关引脚配置。STM32 SPI/I2C中断处理。

2. 难点

STM32 SPI/I2C接口的工作原理。

第七章 STM32 CAN 接口

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.2 掌握嵌入式软、硬件设计的思想和方法。1.3 掌握基本的嵌入式系统软、硬件设计过程和技巧。1.4 掌握嵌入式系统设计中的基本方法和常用接口的使用方法。2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调试能力。

1. STM32 CAN接口的工作原理。（讲授+对比+演示）

2. STM32 CAN接口的相关配置。（讲授+对比+演示）

3. STM32 CAN通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

4. STM32 CAN中断方式通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二）教学要求

1. 掌握STM32 CAN接口的工作原理。

2. 掌握STM32 CAN接口的配置的方法。

3. 掌握STM32 CAN中断处理模式。

（三）重点与难点

1. 重点

STM32 CAN相关知识点。STM32 CAN的配置方法。STM32 CAN相关引脚配置。STM32 CAN中断处理。

2. 难点

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STM32 CAN接口的工作原理。

第八章 STM32 实时操作系统

（一）课程内容

本章支持课程目标：1.5 了解实时操作系统的构建方法。2.1 能够使用嵌入式系统的相关知识解决实际的应用问题。 2.2 具备设计适合用户需要的简单嵌入式硬件的能力。2.3 具备开发相关嵌入式软件的能力。2.4 具备基本的嵌入式软、硬件调试能力。2.5 逐步培养学生的逻辑思维能力。

1. 实时操作系统原理。（讲授+对比+演示）

2. 实时操作系统的移植。（讲授+对比+演示）

3. 实时操作系统的简单演示。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二）教学要求

1. 掌握实时操作系统的工作原理。

2. 掌握实时操作系统的移植方法。

3. 掌握实时操作系统的使用方法。

（三）重点与难点

1. 重点

STM32 实时操作系统的工作原理。实时操作系统的使用方法

2. 难点

实时操作系统的移植方法。

三、本课程开设的实验项目（如课程不含实验，该项可不填）

编号

1

2

3

4

实验项目名称

GPIO 引脚使用

中断处理

基本定时器

PWM输出

学时

4

4

4

4

类型

设计

设计

设计

设计

要求

必做

必做

必做

必做

支撑的课程目标

3.4，4.1，5.3

3.4，4.1，5.3

3.4，4.1，5.3

3.4，4.1，5.3

9 / 17

5

6

7

8

9

USART通讯

ADC转换

DAC转换

SPI通讯

CAN通讯

4

4

4

4

4

设计

设计

设计

设计

设计

必做

必做

必做

必做

选做

3.4，4.1，5.3

3.4，4.1，5.3

3.4，4.1，5.3

3.4，4.1，5.3

3.4，4.1，5.3，6.1

注：1. “类型”填验证性、综合性、设计性等；

2. “要求”填必做、选做。

实验1：GPIO 引脚使用

实验目标：

1) 掌握 STM32时钟配置方法

2) 了解 STM32初始化流程

3) 掌握 STM32 GPIO引脚配置和使用方法

实验要求：

1) 完成STM32系统时钟配置，系统能够正常工作

2) 完成 STM32 GPIO引脚配置，能进行LED和七段数码管的控制

实验2：中断处理

实验目标：

1) 掌握 STM32 外部中断的配置方法

2) 掌握 STM32 中断处理函数的编写

实验要求：

1) 完成STM32外部中断的配置。

2) 实现STM32外部中断的处理，在中断中实现LED和七段数码管的控制

3) 验证中断优先级和中断嵌套

实验3：基本定时器

实验目标：

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1) 掌握 STM32 单个定时器的配置方法

2) 掌握 STM32 定时器中断处理函数的编写

实验要求：

1) 完成STM32单个定时器的配置。

2) 实现STM32定时器中断的处理，实现每秒计数自增

实验4：PWM输出

实验目标：

1) 掌握 STM32定时器实现PWM波形输出的方法

2) 掌握 STM32 多个定时器级联工作

实验要求：

1) 完成STM32 PWM波形输出，并进行占空比，周期的安排。

2) 实现STM32多定时器级联工作

实验5：USART通讯

实验目标：

1) 掌握 STM32 USART接口的配置

2) 掌握 STM32 USART接口中断处理

实验要求：

1) 完成STM32 USART通讯，实现按键启动发送和接收数值显示。

2) 实现STM32中断方式USART通讯。

实验6：ADC转换

实验目标：

1) 掌握 STM32 ADC接口的配置

2) 掌握 STM32 ADC接口的数据读取方法

3) 掌握 STM32 ADC接口的中断处理

4) 掌握 STM32 ADC接口的DMA处理

实验要求：

1) 完成STM32 ADC接口的数据采集。

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2) 实现STM32中断方式和DMA方式数据采集。

3) 实现转换值显示(如通过USART,数码管等)

实验7：DAC转换

实验目标：

1) 掌握 STM32 DAC接口的配置

2) 掌握DAC模拟量数值控制

实验要求：

1) 完成STM32 DAC接口的数据转换。

2) 实现转换值安排(如:使用USART,按键输入等)

实验8：SPI通讯

实验目标：

1) 掌握 STM32 SPI接口的配置

2) 掌握EEPROM/FLASH 芯片的读，写等命令的使用

实验要求：

1) 完成STM32 SPI接口方式下的EEPROM/FLASH的数据写入和读取。

实验9：CAN通讯

实验目标：

1) 掌握 STM32 CAN接口的配置

2) 掌握CAN总线数据通讯的实现方法

3) 掌握CAN总线中断处理的方法

实验要求：

1) 完成STM32 CAN接口方式下的按键数据发送。

2) 完成STM32 CAN接口方式下的数据读取完成后的LED控制。

四、学时分配及教学方法

12 / 17

章

（按序填写）

第一章 STM324

体系结构

第二章 STM32时钟配置、GPIO和NVIC

第三章 STM324

定时器

第四章 STM32

4

USART

第五章

ADC/DAC接口

第六章 STM32

SPI/I2C 接口

第七章 STM32

CAN 接口

第八章 STM32

实时操作系统

合计 32

4

4

4

4

4

课堂教学形式及学时分配

实验

0

上课程小主要教学方法 支撑的课程目标

教学 机 实践 计

8

讲授+案例+启发式+参与式

3.4，4.1，5.3，6.1

讲授+对比+演示

3.4，4.1，5.3

8 12

8 8

讲授+对比+演示

3.4，4.1，5.3

讲授+对比+演示

3.4，4.1，5.3

讲授+对比+演示

3.4，4.1，5.3

讲授+对比+演示

3.4，4.1，5.3

讲授+对比+演示

3.4，4.1，5.3，6.1

4 8

8 12

4 8

0 4

讲授+对比+演示

3.4，4.1，5.3，6.1

0 4

32 64

注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；

2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。

五、课程考核

（一）考核方式

考核形式

课堂表现

实验成绩

考核要求

出勤和上课提问

8次实验的检查

13 / 17

考核权重

20%

30%

备注

项目设计

上机考试

50%

注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。

2.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等。

3.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。

4.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。

（二）本课程毕业要求达成度计算

说明：课程指标点达成度为对应指标点部分的所有得分除以对应指标点在总评成绩的所占的总分数，对应指标点的得分包括试卷成绩部分、平时成绩部分、实验部分等，其中n为总评成绩合格的学生数。

六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）

嵌入式微处理器原理与应用——基于ARM Cortex-M3微控制器（STM32系列），严海蓉，清华大学出版社出版时间，2014.2

嵌入式系统开发与实践——基于STM32F10x系列,郑亮，郑士海,北京航空航天大学出版社,2015.4

七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）

1. 采用多媒体教学手段，建议采用讲做结合的方式，多种教学手段综合运用

2. 本课程有32个学时的实验，任课教师亦可以根据实际教学情况适当安排。

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2017年 8月 25日

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附录1

实验报告考查内容与评分比重参见下表：

评分项实验评价内容

编号

1 预习准备情况

设计与实现能力与运行结2

果

3 报告清晰，按时提交 20% 报告清晰，提交准时

60% 能够设计实现，给出运行结果。

比重

要求明确实验要求、事先准备好相20%

应的设计方案或程序步骤与代码。

8.1、8.2

所占要求

标点支撑

对毕业要求指2.4,4.1,7.2、2.4,4.1,7.2、8.1、8.2

2.4,4.1,7.2、8.1、8.2

嵌入式系统实验报告评分细则（每次按100分计算）

项目

预习准备优 良 中

对实验要求较明确、已准备了大部分方案及格

对实验要求基本明确、已准备了基本方案与不及格

对实验要求理解得不够透彻、只有少量方案与步骤或只有一些简单的思路；12以下

设计实现能力与运行结果60分

设计正确，运行结果正确且步骤清晰和简洁；54-60分

设计正确，运行结果正确但步骤较为清晰简洁；48-53分

设计能运行，但运行结果正确，但步骤不够清晰简洁；42-47分

设计能运行，但运行结果有少量错误；36-41分

设计能运行，但运行结果不正确或设计方案错误较多无法运行或没有设计方案；36分以下

16 / 17

明确实验要求、明确实验要求、已准备了较为完善实验方案与步情况，20分 已准备好所有设计方案或程序步骤与代码；骤；16-17

18-20

与步骤；14-15 步骤；12-13

报告清楚，按报告清晰，按时提交

20分

时提交；18-20分

报告较清楚，按时提交；16-17分

报告清楚或较清楚，但未按时提交14-15分

报告基本清楚或较清楚，且未按时提交12-13分

报告不清楚但按时提交，或报告不清楚也未按时提交， 12分以下

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