《单片机与嵌入式系统(EmbeddedMicrocontrolle》课程教学大纲(本科)_百

单片机与嵌入式系统

（Embedded Microcontroller and Embedded System）

课程编号：06410180

学

学

分：2.5

时：40 （其中：讲课学时： 30 实验学时：10 上机学时： 0 ）

先修课程：计算机信息基础、程序设计基础、C语言

适用专业：通信工程、网络工程

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、课程目标

《单片机与嵌入式系统》是通信工程专业的专业必修课。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。课程的具体目标如下：

1. 知识方面

《单片机与嵌入式系统》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 了解单片机和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。

1.3 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。

二、课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系

本课程支持的毕业要求指标点如下：

指标点3-4 能针对信息通信领域特定需求，完成相应的硬件系统设计，在设计中体现创新意识。

指标点3-5 能用报告、软件或实物呈现设计结果

指标点5-1能够针对信息通信领域的复杂工程问题，开发、选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，并理解其优势与不足。

毕业要求指标点

课程目标

指标点3-4 指标点3-5

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

指标点5-1

√

√

√

√

√

√

√

课程目标1.1

课程目标1.2

课程目标1.3

课程目标1.4

课程目标1.5

课程目标2.1

课程目标2.2

课程目标2.3

课程目标2.4

三、课程内容及要求

第一章 嵌入式系统设计基础

本章支持课程目标： 1.1 了解单片机和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；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。

（一）教学内容与教学方法

1. 单片机与嵌入式系统简介（讲授）

2. 单片机与嵌入式主要处理器（讲授+案例）

3. 嵌入式操作系统（讲授）

4. CORTEX-M3体系结构。（讲授+对比）

（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求

1.了解单片机与嵌入式系统的关系，了解两者的异同。

2. 掌握嵌入式系统基本概念、组成结构。

3.了解经典单片机处理器和嵌入式处理器及嵌入式操作系统。

4. 建立起嵌入式系统开发的整体概念和知识体系。

（三）重点与难点

1.重点

了解单片机与嵌入式系统的关系，了解两者的异同，并掌握CORTEX-M3体系结构。

2.难点

建立起嵌入式系统开发的整体概念和知识体系。

第二章 STM32时钟配置、GPIO和NVIC

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。

（一）教学内容与教学方法

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）

5. STM32 NVIC功能配置和外部中断处理。（讲授+演示）

（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求

1.掌握STM32时钟配置的方法和时钟源的选择原则

2.掌握GPIO引脚可选功能的相互关系及其配置方法。

3.掌握GPIO引脚实现数字输入输出的方法。

4.掌握STM32 NVIC功能配置和外部中断处理方法。

5.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

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。

（一）教学内容与教学方法

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） 知识、能力与素质等方面的基本要求

1. 掌握STM32定时器配置的方法；掌握STM32定时器资源的使用原则。

2. 掌握STM32定时器的各种工作模式；掌握STM32定时器的级联工作模式。

3. 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 ADC/DAC接口

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。

（一）教学内容与教学方法

1. STM32 ADC单元工作原理和通道。（讲授+对比+演示）

2. STM32 ADC相关引脚和DMA的配置。（讲授+对比+演示）

3. STM32 ADC采样的实现。（讲授+案例）

4. STM32 DAC单元工作原理和通道。（讲授+对比+演示）

5. STM32 DAC相关引脚和DMA的配置。（讲授+对比+演示）

6. STM32 DAC采样的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求

1. 掌握STM32 ADC接口的配置的方法及中断处理模式。

2. 掌握STM32 DAC接口的配置的方法及中断处理模式

（三）重点与难点

1.重点

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。

第五章 STM32 CAN 接口

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。

（一）教学内容与教学方法

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）

4. STM32 CAN中断方式通讯的实现。（讲授+案例+启发式+参与式）

（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求

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的配置方法，STM32 CAN中断处理。

2.难点

STM32 CAN接口的工作原理。

第六章 STM32 实时操作系统

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。

（一）教学内容与教学方法

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）

（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求

1. 了解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。

四、学时分配及教学方法及对指标点的支撑

学时分配

讲课

4

5

5

5

5

5

29

4

2

2

2

10

实验

上课机 外

1

教学方法

对指标点的支持

章

（按序填写）

第一章 嵌入式系统设计基础

第二章 STM32时钟配置、GPIO和NVIC

第三章 STM32定时器

第四章 ADC/DAC接口

第五章 STM32 CAN 接口

第六章 STM32 实时操作系统

合计

讲授、案例

讲授、对比、演示

3-4,3-5

3-4,3-5,5-1

讲授、对比、演示

3-4,3-5,5-1

讲授、对比、演示

3-4,3-5,5-1

讲授、对比、演示

3-4,3-5,5-1

讲授、对比、演示

3-4,3-5,5-1

五、本课程开设的实验项目与其它教学活动

（一）实验项目

编号 实验项目名称 学时

2

2

2

2

类型 要求 备注

1

2

3

4

GPIO 引脚使用实验

中断处理实验

基本定时器实验

DAC转换实验

验证

验证

验证

验证

必做

必做

必做

必做

报告

报告

报告

报告

5

CAN通讯实验

2

验证 必做 报告

实验1 GPIO 引脚使用实验

1. 实验目的

掌握 STM32时钟配置方法，了解 STM32初始化流程，掌握 STM32 GPIO引脚配置和使用方法。

2. 实验主要内容

完成STM32系统时钟配置，系统能够正常工作。完成 STM32 GPIO引脚配置，能进行LED和七段数码管的控制。

3. 设备要求

(1) STM32嵌入式开发实验系统

(2) 开发PC一台

实验2中断处理实验

1.实验目的

掌握 STM32 外部中断的配置方法和中断处理函数的编写。

2. 实验主要内容

(1) 完成STM32外部中断的配置，验证中断优先级和中断嵌套。

(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. 设备要求

(1) STM32嵌入式开发实验系统

(2) 开发PC一台

实验3基本定时器实验

1.实验目的

了解BPSK传输系统典型位置的波形特点

2. 实验主要内容

(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。

3. 设备要求

(1) STM32嵌入式开发实验系统

(2) 开发PC一台

实验4 DAC转换实验

1.实验目的

掌握 STM32 DAC接口的配置，掌握DAC模拟量数值控制

2. 实验主要内容

(1) 根据要求在JH5001通信原理实验系统上连接相应模块。

(2) 在安捷伦数字示波器上观察输出波形。

3. 设备要求

(1) STM32嵌入式开发实验系统

(2) 开发PC一台

实验5 CAN通讯实验

1.实验目的

掌握 STM32 CAN接口的配置，掌握CAN总线数据通讯的实现方法及CAN总线中断处理的方法

2. 实验主要内容

(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。

3. 设备要求

(1) STM32嵌入式开发实验系统

(2) 开发PC一台

（二）其它教学活动

平时对演示内容要求学生课后自行复习操作，并提交截图作为平时作业。

六、主要教学方法

本课程可采用讲授教学法、案例教学法、对比教学法。

七、课程考核与毕业要求达成度计算

（一）考核方式

考核方式或途径

考核要求

考核权重

对指标点支持 备注

平时作业 概念清楚，结果正确，格式规整

完成实验报告，主要考查观察与分析能力

以课程教学和实验内容中某个实际问题，同学理论分析并结合实验设计进行佐证。主要考察工程设计和验证能力

10% 3-4,3-5,5-1

根据平时作业得分取平均值

评分细则见附录1

实验

20% 3-4,3-5,5-1

课程报告

70% 3-4,3-5,5-1

评分参考实验评分细则

（二）本课程毕业要求达成度计算

达成度计算公式：

评价值目标值

指标点平均分

与该毕业要求指标点对应的试题总分其中：目标值为课程毕业要求达成度权重，指标点平均分=k×指标点对应试题全班平均分，k综合平均分 。注，此处以实验平均分作为期末卷面平均分

期末卷面平均分七、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）

1．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,2014.2

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

八、大纲说明

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. 课后每章习题要完成3-5道习题，以加深学生对所学内容的理解和掌握。

3. 本课程有10个学时的实验，具体实验内容任课教师亦可以根据实际教学情况适当安排。

2017年8月20日

附录1 实验评价内容和评分细则

实验报告考查内容与评分比重

评分项编号

1

2

3

实验报告评分细则（每次实验报告按100分计算）

项目 优

能够根据实验要求，设计实验，给出解决步骤，并总结规律。（27-30分）

良

能够根据实验要求，设计实验，并给出解决步骤。（24-26分）

根据实验现象分析正确问题。（40-45分）

中

能够根据实验要求，设计实验，并给出解决步骤，但步骤不完整。（21-23分）

能够根据实验现象基本分析问题。（35-40分）

及格 不及格

实验评价内容

实验的设计与实现能力

问题分析和观察能力

报告清晰，按时提交

所占比重

30%

50%

20%

要求

能够设计与实现实验

能够正确的分析和解释实验数据。

报告清晰，提交准时

对毕业要求指标点支撑

4.2

4.2,4.3

4.2

实验的设计与实现能力（30分）

能够根据实不能够正确的完验要求，设成，或者实验效计实验，步果出入较大。骤不完整。（18分以下）

（18-20分）

根据实验现不能根据实验现象部分的分象分析问题，。析问题。（30分以下）

（30-35分）

推迟2天，推迟三天以上。报告不清楚。（12分以下）

（12分）

根据实验现象分问题分析和观析正确问题，并察能力（50分） 给出改进性建议（45-50分）

报告清晰，按时提交（20分）

报告清楚，按时提交。（18-20分）

报告较清楚，推迟一天，但按时提交。报告清楚。（16分） （14分）