课程名称 |
嵌入式系统原理与应用实验 |
Experiments of Principles and Application of Embedded System |
开课单位 |
计算机科学与工程学院 |
课程性质 |
必修课 |
课程类别 |
（实践环节） |
课程代码 |
210731102201 |
学分 |
1 |
学时 |
22 |
适用专业 |
物联网工程、计算机科学与技术 |
先修课程 |
电路与电子技术、数字逻辑 |
支撑课程 |
嵌入式系统原理与应用 |
授课语言 |
中文 |
一、课程简介
（一）课程中文简介
该实验课程通过对基于ARM嵌入式芯片嵌入式系统的开发过程与开发方法的学习，使学生对怎样来设计一个嵌入系统有一个全面的了解，帮助学生建立嵌入式系统工作机制的整体概念，提高学生的嵌入式软件设计能力及解决实际问题的动手能力，使学生初步具备嵌入式系统开发的基本知识，掌握常用嵌入式系统设备使用和设计方法，掌握嵌入式系统软件设计原理，具备初步的系统设计和实现能力。通过实验对嵌入式系统的软硬件进行设计和验证，如基本的存储器操作、中断操作等实践，以此巩固并加深对本课程基础知识的理解，增强感性认识，为后续专业课程的学习打下坚实基础。
（二）课程英文简介
Through the study of embedded system development process and development method based on ARM embedded chip, the experimental course enables students to have a comprehensive understanding of how to design an embedded system, helps students establish the overall concept of embedded system working mechanism, improves students' embedded software design ability and hands-on ability to solve practical problems, and makes students initially have embedding ability Master the use and design methods of common embedded system equipment, master the design principle of embedded system software, and have the preliminary system design and implementation ability. Through experiments, the software and hardware of embedded system are designed and verified, such as basic memory operation and interrupt operation, so as to consolidate and deepen the understanding of the basic knowledge of this course, enhance the perceptual knowledge, and lay a solid foundation for the follow-up professional courses.
二、实验课程目标
本课程的目标包括：
CO1：掌握嵌入式系统开发过程。
CO2：掌握嵌入式ARM程序编写。
CO3：掌握嵌入式ARM片内外设的应用编程
课程目标与所支撑的毕业要求指标点的对应关系如下表所示。
适用专业 |
毕业要求内涵观测点 |
课程目标 |
物联网工程 |
GR 4.2能够针对复杂物联网工程问题解决方案存在的不确定因素，制定研究路线，设计实验方案。 |
CO1 |
CO2 |
GR4.3能够根据实验方案搭建实验平台，选择合适的实验方法，开展相关实验，正确的收集实验数据。 |
CO2 |
CO3 |
计算机科学与技术 |
GR 3.2能够针对复杂工程问题的特定需求完成系统、模块的软件设计和硬件设计。 |
CO1 |
GR 4.2能够针对计算机技术与应用领域的复杂工程问题设计系统解决方案、构建实验系统和测试平台、获取实验数据。 |
CO2 |
CO3 |
三、实验内容与要求
（一）实验设计（实验类型及内容）
验证性：对集成开发环境进行验证，对汇编程序设计、C程序设计、存储器、中断实验、串口通讯、D/A接口进行验证实验，并通过上机调试，得到正确的运行结果。
设计研究性：掌握硬件电路的制定和软件的编程，对LED灯控制、液晶屏显示、A/D接口、定时器等主要内容进行设计研究性实验，根据任务需要，对嵌入式系统进行设计和搭建，并在实验室条件下进行模拟演示。
实验课程目标 |
实验模块（可选） |
对应实验 |
CO1 |
|
实验1、实验2、实验3、实验4 |
CO2 |
|
实验5、实验6、实验7 |
CO3 |
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实验8、实验9、实验10、实验11 |
（二）实验内容及要求
编号 |
实验项目 |
学时数 |
实验内容 |
实验类型 |
实验要求 |
1 |
集成开发环境 |
2 |
通过实际操作，了解嵌入式系统的开发过程。 |
验证性 |
必做 |
2 |
汇编程序设计 |
2 |
熟悉汇编程序开发环境，编写汇编程序并进行调试，详细观察汇编指令运行过程，并把结果与教程对比验证。 |
验证性 |
必做 |
3 |
C程序设计 |
2 |
熟悉C程序开发环境，编写C程序并进行调试，详细观察运行过程，并把结果与教程对比验证。 |
验证性 |
必做 |
4 |
存储器实验 |
2 |
熟练使用命令脚本文件对ARM存储控制寄存器进行正确配置；使用C语言编程实现对RAM的读写访。 |
验证性 |
必做 |
5 |
LED灯控制实验 |
2 |
编写程序，控制试验台发光二级管LED1-LED4，使他们有规律点亮和熄灭。 |
设计性 |
必做 |
6 |
中断实验 |
2 |
编写程序，当用户在实验箱上按下KEY1键或KEY2键时在中断服务程序中将相关信息打印到串中，显示在超级终端上。 |
验证性 |
必做 |
7 |
串口通讯实验 |
2 |
编写串口通信程序，监视串行口UART1动作，将从它接收到的字符串回送显示。 |
验证性 |
选做 |
8 |
液晶屏显示实验 |
2 |
掌握液晶屏作为人机接口界面的设计，并编程实现。 |
设计性 |
必做 |
9 |
A/D接口实验 |
2 |
编写A/D转换程序，通过转换得到的模拟电压量控制发光二极管亮度的变化。 |
设计性 |
必做 |
10 |
D/A接口实验 |
2 |
编写D/A转换程序。 |
验证性 |
必做 |
11 |
定时器实验 |
2 |
编写定时器中断服务程序。用定时器实现电子表功能。 |
设计性 |
必做 |
四、实验设备与环境配置
1. 计算机：Intel Core2 Duo E4300 1.8GHZ、内存512MB、硬盘15GB以上。
2. 实验题目及结果：实验环境主要以嵌入式实验箱为主。每人一个试验箱，需要接线的按要求完成接线，编写程序，然后对比结果。按要求书写实验报告，并把结果和实验图纸打印粘贴。
五、课程思政、创新创业元素
教学章节 |
知识点 |
思政元素案例 |
培养目标 |
备注 |
实验一 |
集成开发环境 |
我国嵌入式系统的广泛应用 |
培养学生的爱国情怀，要注重提升独立思考的能力和理论联系实际的能力。 |
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实验三 |
C程序设计 |
自主学习、团队合作能力 |
培养要具有团队合作的意识，并努力提高团队合作的能力 |
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实验五 |
LED灯控制 |
职业规范和职业态度，做到爱岗敬业 |
培养学生要热爱本职工作，用恭敬严肃的态度对待自己的工作 |
|
实验七 |
串口通讯 |
小米公司注重企业与消费者的沟通与互动案例 |
培养学生要具有严谨的工作态度，能够沟通合作完成工作任务，注重人际沟通等综合素质的提升 |
创新创业案例 |
实验十一 |
定时器 |
树立正确的价值观 |
大学生制定职业生涯规划，有利于自我定位、认识自我、了解自我，明确自己的方向，明确自己的人生目标。 |
|
六、主要参考资料
[1]卢有亮. 基于STM32的嵌入式系统原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2016．
[2]张淑清. 嵌入式单片机STM32原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2019．
[3]沈红卫. STM32单片机应用与全案例实践[M].北京：电子工业出版社，2020．
七、考核方式、方法及实验成绩评定方法
考核成绩可以采用百分制。课程成绩考核主要由平时考核和期末考核组成。平时考核包括出勤、展示、各次实验考核等形式。期末考核采取操作演示形式。平时考核成绩占总成绩的50%，期末考核成绩占总成绩的50%。
（一）评分标准
考核 环节 |
<60 （不及格） |
60-69 （及格） |
70-79 （中等） |
80-89 （良好） |
90-100 （优秀） |
平时 |
实验过程中未能完成实验要求，实验结果不正确或设计方案无效。 |
实验过程中态度认真、完成实验要求，不能得到正确的实验结果，实验报告格式基本正确，步骤较清楚，设计方案基本合理。 |
实验过程中态度认真、完成实验要求并得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤比较清楚，设计方案比较合理。 |
实验过程中态度认真、完成实验要求并得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤清楚，设计方案合理。 |
实验过程中态度认真、完成实验要求，不能得到正确的实验结果，实验报告格式基本正确，步骤较清楚，设计方案基本合理。 |
期末考核（可选） |
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（二）实验项目（或考核环节）权重
实验项目（或考核环节） |
目标1 |
目标2 |
目标3 |
集成开发环境 |
20% |
|
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汇编程序设计 |
30% |
|
|
C程序设计 |
20% |
|
|
存储器实验 |
30% |
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|
LED灯控制实验 |
|
30% |
|
中断实验 |
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30% |
|
串口通讯实验 |
|
40% |
|
液晶屏显示实验 |
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20% |
A/D接口实验 |
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30% |
D/A接口实验 |
|
|
20% |
定时器实验 |
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|
30% |
|
100% |
100% |
100% |
撰稿人：薛庆军
审核人：陈雪
批准人：罗汉江
