《嵌入式系統(tǒng)項目實訓(xùn)》教學(xué)大綱

《嵌入式系統(tǒng)項目實訓(xùn)》教學(xué)大綱課程性質(zhì)：專業(yè)核心課學(xué)分：2總學(xué)時：32理論學(xué)時：0實踐學(xué)時：32一、適用專業(yè)智能控制技術(shù)專業(yè)（本科）四年制二、課程教學(xué)目的及基本要求《嵌入式系統(tǒng)項目實訓(xùn)》是智能控制技術(shù)的專業(yè)核心課程，課程將運用藍(lán)橋杯嵌入式比賽用板，進(jìn)行各基礎(chǔ)資源的設(shè)計開發(fā)應(yīng)用。每個實驗配合《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計》課程的理論教學(xué)，共精選了8個實驗。由于學(xué)院多次參加“藍(lán)橋杯”嵌入式設(shè)計比賽，為引導(dǎo)學(xué)生以賽促教，本指導(dǎo)書將硬件平臺定為嵌入式競賽訓(xùn)練板（CT1117E），并從基礎(chǔ)Keil集成開發(fā)環(huán)境安裝與操作應(yīng)用，到標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)介紹和庫函數(shù)編程。根據(jù)學(xué)習(xí)的深入，增加了競賽擴展板后，增加了競賽擴展板上的功能模塊的使用實驗。其大部分實驗為現(xiàn)實生產(chǎn)生活中常見的實例部分功能，旨在訓(xùn)練學(xué)生嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用的實踐能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，我們要掌握以STM32F1ARM處理器為基礎(chǔ)的應(yīng)用，采用藍(lán)橋杯比賽嵌入式用板為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)軟件的安裝及配制使用。標(biāo)準(zhǔn)庫中GPIO端口的閃爍燈實驗、獨立按鍵、數(shù)碼管顯示控制等基礎(chǔ)實驗功能實現(xiàn)；再深入進(jìn)行中斷、異步串行口、定時器、PWM等外設(shè)基礎(chǔ)功能的應(yīng)用；最后對RTC功能、ADC轉(zhuǎn)換及DHT11溫濕度傳感器、IIC存儲器等外部設(shè)備的功能應(yīng)用；使學(xué)生全面多方面的深入學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)。三、課程教學(xué)時數(shù)分配序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時課時分配講課實驗（實訓(xùn)）1MDK-ARM軟件安裝及設(shè)置4042GPIO端口控制4043NVIV外部中斷4044USART串口4045定時器定時功能4046定時器PWM功能4047ADC轉(zhuǎn)換4048外設(shè)驅(qū)動控制404小計32032四、課程單元教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容和要求、教學(xué)重點與難點第一章MDK-ARM軟件安裝及設(shè)置1.教學(xué)目的通過本章學(xué)習(xí)，進(jìn)行Keill軟件安裝，熟悉固件包結(jié)構(gòu)，能進(jìn)行項目工程移植。通過創(chuàng)建及使用工程模板，熟悉并掌握工程編譯環(huán)境的設(shè)置。2.教學(xué)內(nèi)容和要求學(xué)習(xí)MDK473軟件的安裝及注冊。了解：了解軟件的安裝。理解：能進(jìn)行工程環(huán)境的配制。掌握：電動機的點動運行及自鎖電氣控制原理。固件庫FWLibV3.5的結(jié)構(gòu)。了解：固件庫的結(jié)構(gòu)。理解：各文件夾下文件分類。掌握：固件庫中文件的移植。項目工程的創(chuàng)建。了解：項目工程的結(jié)構(gòu)。理解：新建項目工程步驟。掌握：項目工程的配置。（4）仿真驅(qū)動安裝，使用了解：硬件仿真器特點。理解：仿真器的使用原理。掌握：能使用仿真器，進(jìn)行項目程序的仿真。能配置好相關(guān)的仿真設(shè)置，進(jìn)行單步、跳過、運行等實際仿真功能應(yīng)用。3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:掌握開發(fā)板的硬件資源。熟練使用KEIL軟件進(jìn)行項目程序設(shè)計開發(fā)。（2）教學(xué)難點:使用KEIL軟件，進(jìn)行項目工程配置。能進(jìn)行程序的仿真、問題的查找，并能下載程序。第二章GPIO端口控制

1.教學(xué)目的STM32最簡單的外設(shè)就是IO口的高低電平控制了，本實驗采用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)的方式，實現(xiàn)LED燈的閃爍控制；學(xué)習(xí)庫函數(shù)GPIO端口輸出控制的方法。本實驗實現(xiàn)開發(fā)板上的一排LED燈，每秒進(jìn)行一次狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閃爍燈效果。2.教學(xué)內(nèi)容和要求（1）掌握在工程項目中，對標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)驅(qū)動的調(diào)用了解：項目工程中文件的調(diào)用。理解：庫函數(shù)的驅(qū)動，對庫文件調(diào)用。掌握：庫中文件的使用。（2）進(jìn)行GPIO端口的驅(qū)動了解：GPIO端口工作原理。理解：端口的輸入輸出功能。掌握：對外部LED的驅(qū)動。（3）GPIO端口鎖存器的驅(qū)動了解：鎖存芯片的原理。理解：鎖存器的驅(qū)動。掌握：實現(xiàn)對外部LED的驅(qū)動。3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:學(xué)習(xí)GPIO端口的驅(qū)動控制，實現(xiàn)流水燈功能。（2）教學(xué)難點:GPIO端口時序的模擬，實現(xiàn)鎖存器的控制驅(qū)動。第三章NVIV外部中斷1.教學(xué)目的通過本章學(xué)習(xí)，使用STM32F1的外部輸入中斷功能。在前面的實驗中，我們已掌握了STM32F1的IO口的最基本的操作。本次我們將介紹如何將STM32的IO口作為外部中斷功能輸入，實現(xiàn)中斷檢測外部獨立按鍵功能。具體任務(wù)為B1－B4按鍵按下時分別控制LED1－LED4指示燈點亮控制。2.教學(xué)內(nèi)容和要求（1）NVIC中斷的工作原理了解：對芯片的中斷工作原理。理解：如何進(jìn)行中斷優(yōu)先級配置，實現(xiàn)中斷通道與外部中斷的連接。掌握：中斷優(yōu)先級設(shè)置及中斷源與中斷通道參數(shù)設(shè)置。（2）外部引腳中斷處理了解：中斷系統(tǒng)中外部中斷工作過程。理解：外部中斷與中斷通道的關(guān)系。掌握：外部引腳中斷的實現(xiàn)。（3）標(biāo)準(zhǔn)庫中中斷函數(shù)調(diào)用，總中斷的開啟與關(guān)閉了解：中斷的控制。理解：中斷庫文件的使用。掌握：正確初始化中斷，設(shè)置中斷通道與中斷源的參數(shù)。3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:掌握外部中斷的使用，能進(jìn)行中斷源與中斷通道的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行外部中斷沿的配置。（2）教學(xué)難點:中斷優(yōu)先級及中斷源的關(guān)系，如何進(jìn)行外部中斷沿設(shè)置。第四章USART串口1.教學(xué)目的通過本章學(xué)習(xí)，熟悉固件庫中串行端口的收、發(fā)實現(xiàn)。2.教學(xué)內(nèi)容和要求（1）串行口發(fā)送實現(xiàn)了解：固件庫實現(xiàn)串行口功能原理理解：串行口發(fā)送的驅(qū)動函數(shù)實現(xiàn)掌握：使用固件庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送功能。在pc電腦串口調(diào)試助手上能接收到開發(fā)板發(fā)送的數(shù)據(jù)。（2）串行口收、發(fā)實現(xiàn)了解：串口收、發(fā)數(shù)據(jù)原理理解：串行口接收、發(fā)送固件庫函數(shù)調(diào)用掌握：在藍(lán)橋杯開發(fā)板上，進(jìn)行串行口的數(shù)據(jù)收發(fā)功能實現(xiàn)。使用標(biāo)準(zhǔn)庫的串行口驅(qū)動函數(shù)實現(xiàn)串口功能。3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:串行口的收、發(fā)功能實現(xiàn)。（2）教學(xué)難點:在開發(fā)板上，進(jìn)行串行口的功能設(shè)計。使開發(fā)板能進(jìn)行數(shù)據(jù)收、發(fā)的控制。第五章定時器定時功能1.教學(xué)目的通過本章學(xué)習(xí)如何使用STM32F1的通用定時器，STM32F1的定時器功能十分強大，有TIME1和TIME8等高級定時器，也有TIME2~TIME5等通用定時器，還有TIME6和TIME7等基本定時器。定時器在芯片參考手冊中的介紹占了1/5的篇幅，足見其重要性。任務(wù)要求是精準(zhǔn)到達(dá)1S延時處理，進(jìn)行LED1燈狀態(tài)改變。2.教學(xué)內(nèi)容和要求（1）掌握STM32F1系列的定時實現(xiàn)方法了解：通用定時器的實現(xiàn)原理。理解：理解定時器的寄存器配置掌握：掌握定時器的定時功能實現(xiàn)。（2）定時器的時間計算方法了解：定時器的定時原理。理解：定時器的定時時間計算。掌握：根據(jù)定時器的工作頻率，計算定時器的定時時長。3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:掌握定時器的定時工作原理，寄存器的作用，實現(xiàn)定時功能的計算。（2）教學(xué)難點:如何實現(xiàn)長時間的定時要求，完成定時器的定時設(shè)置。第六章定時器PWM功能1.教學(xué)目的通過本章學(xué)習(xí)，掌握如何使用STM32F1的TIM2來產(chǎn)生PWM輸出。在本實驗中，將使用TIM2的通道2，產(chǎn)生25%的占空比，周期為1ms的控制信號。2.教學(xué)內(nèi)容和要求（1）定時器PWM功能的輸出了解：PWM的概念理解：定時器中PWM固件庫函數(shù)的功能。掌握：使用PWM固件庫驅(qū)動，實現(xiàn)可調(diào)PWM功能實現(xiàn)。（2）定時器占空比的設(shè)置了解：占空比調(diào)節(jié)工作原理理解：定時器的占空比調(diào)節(jié)庫函數(shù)應(yīng)用。掌握：實現(xiàn)PWM輸出的占空比調(diào)節(jié)。 3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:掌握PWM波的輸出功能，能使用PWM進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。（2）教學(xué)難點:實現(xiàn)PWM輸出，并能進(jìn)行占空比的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)外部輸出模擬量可調(diào)功能。第七章ADC轉(zhuǎn)換1.教學(xué)目的控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)以及現(xiàn)代測量儀器常采用計算機進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。計算機所處理的數(shù)據(jù)都是數(shù)字量，然而大多數(shù)的控制對象都是連續(xù)變化的模擬量，大多數(shù)傳感器的輸出也是模擬量，這就必須在模擬量和數(shù)字量之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號稱為模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。本實驗，將實現(xiàn)外部電壓模擬量的信號采集及對芯片內(nèi)部的溫度傳感器的溫度檢測。2.教學(xué)內(nèi)容和要求（1）掌握STM32F1系列的外部模擬量及內(nèi)部溫度檢測方法了解：外部的模擬量檢測方法，內(nèi)部溫度檢測原理理解：使用規(guī)則檢測、注入檢測的區(qū)別。掌握：外部電壓，內(nèi)部溫度的檢測讀取。（2）ADC轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè)置了解：ADC相關(guān)寄存器的作用理解：使用ADC進(jìn)行外部電壓檢測方法。掌握：使用規(guī)則方法，進(jìn)行外部電壓檢測。使用注入檢測，進(jìn)行內(nèi)部溫度的讀取。 3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:ADC轉(zhuǎn)換的原理，實現(xiàn)外部模擬量的采集。（2）教學(xué)難點:能進(jìn)行規(guī)則及注入式檢測，實現(xiàn)ADC轉(zhuǎn)換功能。第八章外設(shè)驅(qū)動控制1.教學(xué)目的利用STM32的一個GPIO端口，使用模擬時序方法，進(jìn)行DHT11單線數(shù)字溫濕度傳感器的時序模擬控制。DHT11內(nèi)部包含一個電阻式感濕元件和一個NTC（負(fù)溫度系數(shù)）測溫元件，此芯片在一些家電小設(shè)備中應(yīng)用廣泛，價格便宜。本實驗任務(wù)是使用DHT11芯片，進(jìn)行溫濕度采集，并將采集的溫濕度顯示到LCD屏上。2.教學(xué)內(nèi)容和要求（1）掌握GPIO單總線的時序模擬方法了解：芯片控制時序的原理理解：GPIO控制時序的模擬。掌握：使用模擬時序，進(jìn)行DHT11的驅(qū)動。（2）掌握DHT11采集的溫濕度數(shù)據(jù)的格式，能正確進(jìn)行溫濕度解碼了解：DHT11芯片的工作原理理解：溫濕度芯片的引腳功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。掌握：使用DHT11芯片，進(jìn)行外部環(huán)境的溫、濕度值的檢測實現(xiàn)。 3.教學(xué)重點與難點（1）教學(xué)重點:GPIO端口，進(jìn)行各類驅(qū)動芯片的時序模擬。（2）教學(xué)難點:使用DHT11，檢測外部環(huán)境的溫、濕度。五、教學(xué)建議1.課堂講授可適當(dāng)采用仿真軟件進(jìn)行仿真，這樣可減少課程理論化太強帶來的缺點。能開拓學(xué)生眼界，配合主教材幫助學(xué)生更加形象地了解和掌握本課程的基本原理，另外去實驗室多做實驗。2.教學(xué)過程中應(yīng)該盡量結(jié)合實踐生活，多采用案例進(jìn)行例證:教學(xué)中多讓學(xué)生展開討論，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性。3.作業(yè)數(shù)量最好一-章-練，作業(yè)或課外思考題型應(yīng)充分考慮題型的全面性和科