2024年1月31日发(作者：)

《嵌入式原理与应用》教学大纲

一、课程基本信息

课程编号：xxx

中文名称：嵌入式原理与应用

英文名称：Principle and Applications of Embedded System

适用专业：xxx

课程类别：xxx

开课时间：xxx

总学时：32（理论）+16（）

总学分：xxx

课程负责人：xxx 职称：xxx 从事专业：xxx

二、课程简介

嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域，如工业网络交换机、数控机床、手持测量仪表、智能电话、智能电视等。《嵌入式原理与应用》是高等院校电子类、计算机类、自动控制类、仪器仪表类等专业学生选修的工程基础类课程，具有重要的专业地位。本课程授课对象是xxx专业本科生，目的是让学生掌握基于Cortex-M架构处理器的结构、功能、工作原理与使用方法，能根据应用系统的设计要求选择处理器与外设，并实现各模块之间的连接，并能针对具体的嵌入式系统编写程序实现具体功能，具有一定的方案选定和安装调试能力。通过对本课程的学习，使学生建立嵌入式系统的整体概念，为嵌入式系统的开发及应用奠定基础。

三、相关课程的衔接

预修课程（编号）：《C语言程序设计》（xxx）、《模拟电路》（xxx）、《模拟电路实验》（xxx）、《数字电路》（xxx）、《数字电路实验》（xxx）、《微机原理》（xxx）

并修课程（编号）：xxx

四、教学的目的、要求与方法

4.1 课程目标

课程目标1：能根据嵌入式系统的需求，选择处理器类型和外设资源，结合硬件电路设计软件结构、

算法和流程，通过程序解决工程问题。

课程目标2：能针对工程指标要求，正确使用嵌入式开发工具进行项目软件架构、代码编译、仿真调试；能应用电参数测量仪表测量、分析、验证嵌入式系统工作情况，通过嵌入式系统解决电子信息领域的工程问题。

4.2课程目标与毕业要求关系

本课程支撑以下毕业要求：

毕业要求3-2：能针对电子信息领域复杂工程问题，设计满足特定需求的系统、电路、软件或算法。

毕业要求5-2：能够使用先进仪器设备、计算机仿真软件等工具对电子信息领域复杂工程问题进行分析、计算与设计、实现仿真预测与模拟研究，并理解其局限性。

课程目标与毕业要求支撑关系如下表所示，H表示强支撑。

毕业要求

毕业要求1

课程目标

课程目标1

课程目标2

4.3教学方法

本课程的教学包括理论教学与实验教学。

理论教学工作是在实验室进行的，理论教学以课堂教学为主并同时穿插一部分实验，课堂教学过程中结合实验加深了学生对单片机基本概念和基本模块的理解。学生边学边做，可以更好地理解理论，同时也大大提高了学生学习的积极性与实用性，教师做好学生课堂实验的完成情况记录，作为最终学生平时成绩的判定的主要依据。

实验教学以装有专用开发软件的计算机、实验室实验箱、常规信号检测仪器等为主要实验工具，允许学生自备开发板和学习板。在理论教学的GPIO、定时器、中断、ADC、DAC、串口等典型应用的初步认知实验基础上，过渡到上述知识点综合应用的系统设计性实验，完成具有一定实用价值的功能性应用设计。

H

H

毕业要求3

五、教学内容及学时分配

5.1．理论教学安排

章节或

序

知识模号

块

教学内容

学时分配

教学组织

能力培养

教学要求

支撑课程目标要求

学生任务 思政育人点

第1章：嵌入1

式系统概述

介绍课程安排与学习方法，提供与本课程相关的学习资源；

介绍嵌入式系统的基本概念、特点、组成及应用领域。

介绍常用的嵌入式处理器、存储器；

以幻灯片及视频资料介绍嵌入式系培养学生文

献检索和阅1

统相关概念。读能力。

小组讨论：生活中的嵌入式系统应用

课程目标1

自学内容：单片机的发展历史

查阅资料：了解我国当前单片机发展的现状

检索和阅读最新嵌入式系统的科技文献，培养学生职业道德、社会责任感、开阔国际视野。

第2章：

嵌入2 式系统基础知识

学习不同嵌入式处理器之间的差异，并能根据应用需求选择合适的嵌入式处理器；

介绍常见的嵌入式操作系统、图形系统；

学习嵌入式系统开发的流程和模式。

以幻灯片及视频资料讲1 解嵌入式系统的基础知识

集中学习单片机系统相关知识，培养学生具有解决嵌入式系统问题所需要的基础知识及其应用能力

课程目标1

课前预习，自学内容：嵌入式系统硬件的开发过程

学习“天河二号”副总设计师、2019“最美时代革命军人”——肖立权事迹，培养学生树立远大目标，并坚持不懈为之努力的精神

第3介绍ARM体系结构的发章：

展过程、主要ARM体系结构及ARM体系结构的ARM3

处理扩展；

器基学习常见ARM处理器的础

架构和特点。

以幻灯片及视频资料讲解ARM体系1

结构及ARM处理器的架构和特点

培养学生能够根据嵌入式系统的需求，正确选择处理器类型

课程目标1

课前预习

学习Cortex-M3/M4的内部结构、存储器映射；

第4章：

介绍Cortex-M3/M4的编Cort程模型；

4

ex-M介绍异常概念，讲解异3/M4常处理过程；

架构

介绍Thumb指令集和汇编语言编程。

以幻灯片及视频资料讲Cortex-M3/M2

4架构相关内容，并介绍指令系统

集中学习Cortex-M处理器相关知识，培养设课程目计、解决嵌标1

入式系统问题的基本能

力

作业：

以身边的嵌入式系统为

例，分解其系统构成、工作原理与核心芯片。

介绍各个类别STM32处理器的特点；

第5讲解STM32F407xx处理章：

器的内部结构、存储地STM3址映射、启动配置和地5 2系址重映射；

列微介绍STM32系列产品的处理命名规则；

器

讲解STM32处理器芯片引脚功能和最小系统组成。

介绍CMSIS的作用及其主要的功能组件；

介绍STM32CubeMX软件，详细讲2

解HAL库及STM32CubeMX软件的使用

以幻灯片形式讲解STM32处理2 器的体系架构、内部结构等，介绍其特点与应用

培养学生具有解决STM32处理器问题所需要的基础知识及其应用能力

课程目标1

课堂教学中融入小组讨论内容：STM32与8051/MSP430/PLC等单片机的对比

介绍不同历史阶段典型处理器的性能、开发环境的变化，教会学生应该珍惜当下优良的学习环境，做对自己、他人及社会有意义的事

第6章：

学习ST公司提供的4种STM3固件库以及各自的特2设点；

备驱6

动库讲解HAL库中数据类型和结构体定义的规则、和STM3源文件构成以及函数和2Cub宏定义的使用规则；

eMX

初步学习STM32CubeMX工具的使用。

介绍Keil MDK的功能、组成及安装方法；

MDK中第7讲解如何在Keil

章：

新建和配置工程；

Keil

介绍Keil MDK中常用工7 MDK程配置参数的含义；

集成开发学习使用Keil MDK进行环境

程序调试的方法；

详细介绍STM32处理器的引导过程。

初步培养学生对STM32CubeMX软件的认识，及训练学生使用STM32CubeMX软件进行参数配置的流程

课程目标2

学生在电脑上实际操作，使用STM32CubeMX软件进行最基本的参数配置，并生产MDK工程文件

讲解程序员的素养：不断地学习、规范的文档习惯、标准化的编程习惯、团队合作精神等

初步培养学生对Keil

介绍Keil

MDK软件的MDK软件，详认识，及训细讲解Keil

练学生使用课程目1

MDK软件的Keil MDK软标2

使用及工程件进行应用文件的结构

程序开发的流程

学生学习并讨论Keil

MDK工程中几个重要文

件的作用，并打开对应文件，查看具体内容

以幻灯片、实践操作方式第8讲解STM32章 ：

讲解时钟树的概念和时处理器的时8 处理钟参数配置方法；

2

钟相关知识，器时并讲解工程学习与时钟配置相关的钟

设计案例一数据结构和API函数；

个

介绍时钟配置相关代码的工作原理。

以幻灯片、实第9践操作方式章 讲解STM32通用处理器的9 学习HAL库中与GPIO相2

输入GPIO相关知关的数据结构和API函输出识，并讲解工数；

端口 程设计案例一个

介绍STM32的位带操作。

学习STM32处理器中断控制器的工作原理；

第10章：

10

异常与中断处理

讲解组中断优和子优先级的概念；

学习STM32处理器的外部中断和事件；

学习HAL库中与中断相关的数据结构和API函数；

讲解STM32处理器的中断编程。

以幻灯片、实践操作方式讲解STM32处理器定时第11器相关知识，介绍定时器时钟源选择章：

和计数模式配置方法；

8

讲解工程设11

计案例四个，定时介绍定时器级联的概分别是基本器

念；

定时功能、输入捕获功能、讲解定时器各种工作模输出比较功式的特点和编程方法。

能、PWM功能

学习STM32处理器的系统定时器、通用定时器的工作原理；

以幻灯片、实践操作方式讲解STM32处理器的异2 常及外部中断相关知识，并讲解工程设计案例一个

讲解STM32处理器GPIO的工作原理、处理器GPIO的配置方法；

学习STM32处理器的系统时钟和低速时钟、常用的时钟源以及各个时钟的产生路径；

培养学生对STM32处理器的时钟问题的分析、设计能力

课程目标2

嵌入式工程师的职责，技术学生课堂操作，至少完上需要进行嵌成一个设计案例要求，入式系统设计在STM32CubeMX软件中和开发，包括配置时钟树，生产Keil 硬件系统的建MDK工程文件，将编译设和相关软件后的代码下载到实验箱开发、移植、中，运行程序，并使用调试等工作；示波器观察时钟输出波人文上需要坚形 持、专研、创新、合作等个人品质。

学生课堂操作，至少完成一个设计案例要求，在STM32CubeMX软件中配置GPIO等资源，在Keil MDK软件中编写应用代码，并将成功编译后的代码下载到实验箱中，运行程序，观察现象是否与设计相符

培养学生对STM32处理器的GPIO应用的分析、设计能力

课程目标2

培养学生对STM32处理器的异常应用的分析、设计能力

课程目标2

学生课堂操作，至少完成一个设计案例要求，在STM32CubeMX软件中配置NVIC等资源，在Keil MDK软件中编写应用代码，并将成功编译后的代码下载到实验箱中，运行程序，观察现象是否与设计相符

培养学生对STM32处理器的定时器应用的分析、设计能力

课程目标2

学生课堂操作，针对定时器的不同用途，每种应用至少完成一个设计案例要求，在STM32CubeMX软件中配置定时器等资源，在Keil MDK软件中编写应用代码，并将成功编译后的代码下载到实验箱中，运行程序，观察现象是否与设计相符

第12章：

12

串行通信介绍串行通信的基本概念、异步串行通信的接口标准；

学习STM32F407xx处理器中的USART；

讲解异步串行通信中各接口

个参数的含义，及阻塞方式的和非阻塞方式的串行通信编程。

介绍DMA的概念和工作原理；

以幻灯片、实践操作方式讲解STM32处理器的串2

行口通信相关知识，并讲解工程设计案例一个

培养学生对STM32处理器的串行口通信的分析、设计能力

课程目标2

学生课堂操作，至少完成一个设计案例要求，在STM32CubeMX软件中配置USART等资源，在Keil MDK软件中编写应用代码，并将成功编译后的代码下载到实验箱中，运行程序，观察现象是否与设计相符

以幻灯片、实践操作方式讲解各个DMA配置参数讲解STM32第13的含义；

处理器的13

章：

学习常用的DMA传输相2

DMA相关知

DMA

关数据结构和API函数；识，并讲解工程设计案例讲解外设与存储器之间一个

及储器与存储器之间的DMA编程。

介绍DAC的工作原理；

第14介绍STM32F407xx处理器中DAC的功能和配置章：

参数；

学习常用的DAC相关数据结构和API函数；

讲解软件触发方式、定时器触发方式和DMA方式的DAC编程；

介绍ADC的工作原理；

介绍STM32F407xx处理器中ADC的功能和配置参数；

以幻灯片、实践操作方式讲解STM32处理器的2

ADC相关知识，并讲解工程设计案例一个

以幻灯片、实践操作方式讲解STM32处理器的2

DAC相关知识，并讲解工程设计案例一个

培养学生对STM32处理器的DMA的分析、设计能力

课程目标2

学生课堂操作，至少完成一个设计案例要求，在STM32CubeMX软件中配置DMA等资源，在Keil MDK软件中编写应用代码，并将成功编译后的代码下载到实验箱中，运行程序，观察现象是否与设计相符

14 数模转换器

培养学生对STM32处理器的DAC的分析、设计能力

课程目标2

学生课堂操作，至少完成一个设计案例要求，在STM32CubeMX软件中配置DAC等资源，在Keil MDK软件中编写应用代码，并将成功编译后的代码下载到实验箱中，运行程序，观察现象是否与设计相符

第15章 ：讲解ADC软件触发方式15 模数和定时器触发方式的编转换程；

器

学习多重ADC模式的工作原理；并讲解规则组方式和多重ADC方式的编程。

培养学生对STM32处理器的ADC的分析、设计能力

课程目标2

学生课堂操作，至少完成一个设计案例要求，在STM32CubeMX软件中配置ADC等资源，在Keil MDK软件中编写应用代码，并将成功编译后的代码下载到实验箱中，运行程序，观察现象是否与设计相符

六、作业

每章基本都布置了课后作业，题量不等，可根据学生的学习反馈情况做适当调整。

七、课程考核

7.1 成绩组成

序号

1

2

3

7.2 评分标准

7.2.1课堂表现及作业

老师平时对每个学生的课堂案例设计完成情况做详细记载，核对学生对课堂知识点的掌握情况折算成相应分数（满分20分）。

7.2.2实验

按照实验大纲要求，根据实验完成情况和实验报告的撰写情况评判成相应分数（满分30分）。

7.2.3期末考试

按照期末考试的参考答案和评分标准，按百分制评分，总评后折算成相应分数（满分50分）。

7.2.4成绩汇总示例

姓名

张三

李四

…

课堂表现及作业

18

16

实验

28

22

…

期末考试

40

30

…

总评

86

68

…

成 绩 组 成

课堂表现及作业

实验

期末考试

总计

比例

20%

30%

50%

100%

说明：以上各项成绩要有相应的证明材料，实验成绩要提供实验报告及相关数据表格等。

八、教材