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嵌入式系统原理与开发
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spContent=《嵌入式系统设计》依托STM32生态系统,以“基础知识+硬件设计,通用知识+软件工程” 为理念,结合多年授课及工程实践经验,将硬件设计思想、软件思路和系统设计策略融会贯通,在硬件设计能力要求具备硬件抽象层设计思想,软件开发要学会重用性、可移植,系统设计强调整体实现、突出程序架构理念。
—— 课程团队
课程概述

嵌入式系统是物联网的重要组成部分,通常作为终端负责信息采集、数据传输、信号处理、智能控制等,本课程是物联网工程专业的必修课程之一。

课程选用意法半导体公司的STM32F4微控制器为载体,采用STM32CubeMX开发工具及HAL驱动库,以嵌入式硬件设计和软件设计为主线,按照最小系统电路设计 → 开发工具使用 → 片内外设应用的学习路径,分层次、递进式的讲授嵌入式系统的设计方法。

通过本课程的学习,学生可掌握嵌入式硬件电路设计及软件开发,具备一定的独立开发能力,能够利用嵌入式技术解决实际应用问题。

与工程实践紧密结合,全方位融入电路设计软件的使用、硬件抽象层设计、状态机设计和通信协议设计等实用的工程技能,提升学习者解决复杂工程问题的能力是本课程最大亮点。

授课目标

1. 硬件设计:绘制微控制器的最小系统原理图(包括电源电路、时钟电路、复位电路和调试电路)、绘制最小系统印刷板、并完成电路板的焊接与调试。

2. 软件设计:掌握STM32CubeMX软件的使用流程,MDK-arm集成开发环境的使用流程,掌握单步、断点等调试手段。

3. 四大外设:掌握微控制器四大外设(GPIO、EXIT、TIMER、UART)的使用,学会利用GPIO控制指示灯和按键,利用中断的方式读取按键的状态,在定时器模块,重点介绍时间基准和PWM信号输出的功能,串口模块将介绍轮询、中断和DMA三种串口通信的方式。

4. 系统设计:完成温度采集的物联网系统的常规性嵌入式系统设计,并发挥自己的主观能动性,进行如手机防盗、儿童看护、智能穿戴及垃圾分类等创意设计。

5. 嵌入式操作系统:介绍嵌入式实时操作系统的应用,以FreeRTOS作为载体介绍操作系统的应用,学会任务创建和任务通信。在任务通信部分,将以信号量和消息队列为重点介绍。

成绩 要求

考核方式:本课程主要以作业评价、课堂讨论、课内实验、期末考试等方式对学生进行考核评价。

考核基本要求:(加强过程考核)考核总成绩由期末试卷成绩和过程性评价成绩组成。其中:期末试卷成绩为100分(权重50%),试题类型为填空题、选择题、简答题、分析设计题等类型,试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%,综合应用题、分析题不低于50%;作业评价、课堂讨论、课内实验等过程性评价成绩为100分(权重50%);过程性评价和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。

课程大纲
预备知识

电路、模拟电子技术、数字电子技术、C程序设计等

参考资料

1. 张淑清等. 嵌入式单片机STM32原理及应用[M],机械工业出版社,2019.10

2. 仪器仪表学报,中国仪器仪表学会主办.

3. 仪表技术与传感器,沈阳仪器仪表工艺研究所主办.

4. MeasurementElsevier主办

5. IEEE Transactions on Instrumentation and MeasurementIEEE主办

6. RT-Thread官网. https://www.rt-thread.org/

7. FreeRTOS官网. https://www.freertos.org/