Skip to content

嵌入式系统

课程信息

课程名称／课程号 适用范围与修读要求
嵌入式系统
CSE2000M		 储能卓工班 · 26级
专业基础选修

课程简介

展开查看

《嵌入式系统》是原《微机原理与接口技术》的改进升级课程，是电子信息类本科生的基础课程之一。通过该课程的学习使学生从理论和实践上掌握嵌入式系统的基本组成和工作原理，熟悉数字电路的基本知识，熟悉嵌入式系统的指令和程序设计方法，以及常用接口技术。以8051和ARM为基础芯片，建立嵌入式系统的整体概念，达到初步具有嵌入式应用系统的软硬件设计、开发能力。

来源：教务网。

课程内容

分数构成

闭卷考试,允许带一张A4纸大小的手写资料入场。期末考试成绩占总成绩的60％，平时成绩（点名、提问、课堂作业）占10％, 实验课成绩占30%。

课程大纲

展开查看

第一章 概论 3学时

主要介绍数字电路及微控制器的历史与发展、特点与应用，重点介绍数字电路和微控制器基本组成和特点，介绍计算机的工作过程，计算机中的数制和编码。

第二章 数字电路基础 9学时

分3讲介绍数字电路基础知识，重点介绍数制、逻辑代数和逻辑电路（3学时），组合逻辑电路（3学时），时序电路及应用（3学时）。

第三章 嵌入式系统组成和设计方法 3学时

从嵌入式系统应用的层面介绍其定义、特点、应用范围，以及经抽象后的嵌入式系统组成模型，作为嵌入式系统设计的参考模板和出发点；在设计方法上重点介绍嵌入式系统的设计准则、开发流程；并提出嵌入式系统个人开发平台的建立方法，这将有助于不断提高嵌入式开发者的技术能力和开发效率。

第四章 8051硬件系统 6学时

以8051为基础，介绍MCS-51简介和MCS-51组成结构与性能特点，分别介绍CPU的逻辑结构和功能、8051工作原理，ALU，PSW，PC，SP，指令执行过程（三段式）、MCS-51存储空间和寄存器、片内RAM分布、输入输出端口（P0、P1、P2、P3）的结构与功能，MCS-51时序与工作过程、片外三总线。

第五章 指令系统和汇编语言 3学时

保留汇编指令介绍，重点介绍指令执行原理，阐述低级语言和高级语言差异。简单介绍寻址方式，结合硬件结构，简单介绍各类汇编指令。

第六章 C51和嵌入式程序设计 3学时

以C51为基础介绍各种常见指令，如排序，多重循环，子函数等

第七章 中断系统和定时器 3学时

介绍中断的概念、原理和功能，中断系统的组成、控制和响应，以及中断系统的应用。介绍定时器/计数器工作原理，定时器/计数器的控制和工作方式，最后介绍定时器/计数器的应用。

第八章 串行数据通讯接口和人机接口 3学时

主要介绍串行数据通讯原理，并学习MCS-51串行口的控制与工作方式，再介绍SPI、I2C、USB等其它串行口的介绍与应用。

分别介绍键盘接口与设计和LED显示接口与设计。

第九章 Cortex-M3架构和指令系统 3学时

在介绍ARM公司的商业模式和产品线的基础上，根据众多ARM核具有较高的相似性的特点，选择应用广泛的而且比较基础的Cortex-m3嵌入式微处理器核，介绍其特点、体系结构、工作模式，重点是Cortex-m3的寻址方式和指令系统，目标是让同学在自学包含ARM核的其它微处理器时能起到举一反三的效果；掌握C和汇编的混合编程方法有助于设计实时性好、工作效率高的嵌入式系统。

第十章 STM32F103嵌入式微处理器 3学时

随着嵌入式微处理器品种多、发展快的势态，掌握不依赖于课堂和教师的MCU主动学习方法尤为重要，经高度抽象的MCU组成模型和从半导体公司的网站获取和学习相关资料是有效的自学方法；在包含Cortex-m3核的众多MCU产品中，选择生态环境最好的STM32F系列MCU，在介绍其种类和特点等共性知识的基础上，结合实验套件，选择STM32F103C8，具体介绍该MCU的硬件组成、启动过程和使用方法。

第十一章 uCOS-II嵌入式实时操作系统 3学时

随着嵌入式系统的功能要求、软硬件资源不断增加，采用实时操作系统帮助管理资源，可以降低嵌入式系统的开发难度，提高系统的实时性和软件可靠性。本章在介绍嵌入式实时操作系统的基本概念、特点、作用和常见类型、以及有RTOS的嵌入式系统的软件组成模型的基础上，根据STM32F103计算能力和存储资源有限的特点，选择能源码开放、非商业类型、轻量级实时操作系统uC/OS，介绍其特点、组成、功能。

第十二章 嵌入式系统在电子设计竞赛中的应用例 3学时

电子设计竞赛是大学生乐于参加的项目，它可以激发同学对电子技术的学习兴趣、通过设计制作环节提升动手解决问题的能力，电子竞赛的目标是设计或制作一个电子应用的综合性系统，目前应用嵌入式系统的比例越来越高，而且嵌入式系统的品质直接决定了电子竞赛作品的功能实现和性能指标。本章选择在电子设计竞赛比较经典的智能小车、四旋翼、机器人等项目中的一个优秀获奖案例，通过介绍其组成、工作原理、演示效果，重点分析其中的嵌入式系统具体构成、所起的作用、编程方法或代码分析等内容；并展示优秀案例的总结报告，以提高同学在嵌入式系统完成后的总结能力和写作能力。

第十三章 复习和讨论 3学时

本课程主要包括数字电路、8位MCS51、32位ARM（STM32F103）以及嵌入式系统设计等内容，本章主要对其中的关键知识点、主要的设计方法、调试步骤和技巧等进行总结；对课堂教学、实验过程中遇到的问题进行交流，并征求同学对课程改进的建议或要求。

附时间表

周次

课堂教学内容

实验实践环节（含作业）

教学课时数

核心知识点

课程思政融入点与实施方法

教学方式

1

绪论

无

3

嵌入式发展历史、特点

思政融入点：1 结合国家和社会发展需要介绍嵌入式芯片技术的重要性

实施方法：结合目前应用存在的局限性，理性认识国内外差距，鼓励学生未来投身科技攻关。

线下

2

数字电路基础

无

3

数制、逻辑代数和逻辑电路

思政融入点：芯片卡脖子。

实施方法：通过介绍数字电路的发展，说明芯片技术是如何一步步发展的。

线下

3

组合逻辑电路

无

3

组合逻辑电路设计方法，编码器、译码器、选择器、加法器、数值比较器

——

线下

4

时序逻辑电路及应用

无

3

时序逻辑电路分析方法，移位寄存器、计数器、脉冲发生器、信号发生器

思政融入点：芯片卡脖子。

实施方法：介绍智能芯片和数字电路的差异，说明微控制器的核心本质。说明我国被卡脖子的历史原因

线下

5

嵌入式系统组成和设计方法

无

3

嵌入式系统定义、组成、设计方法

思政融入点：家国情怀

实施方法：帮助学生了解我国在微控制器、芯片设计制作等行业取得的成绩，能够理性认识与国际先进水平的差距，提高学生的使命感和紧迫感；

线下

6

8051硬件组成1

无

3

8051芯片组成，存储单元，SFR

——

线下

7

8051硬件组成2

无

3

输入输出管脚、时序

——

线下

8

汇编语言

汇编语言编程实验

3

6类汇编指令、寻址方式

——

线下

9

C51语言

C51语言编程实验

3

C51程序，各类指令

——

线下

10

定时器和中断

定时器和中断应用实验

3

定时器和中断模块的原理，控制字

——

线下

11

串行通讯和人机交互

无

3

串行通讯原理、控制字；按键、显示模块原理

——

线下

12

Cortex_M3构架和指令系统

无

3

ARM cortex M3 构架，特点和指令系统

思政融入点：家国情怀

实施方法：介绍ARM芯片发展历史，说明我们的历史机遇

线下

13

STM32F103芯片和编程

按键和显示应用实验

3

STM32F103芯片资源、特点和编程

——

线下

14

uCOS-II嵌入式实时操作系统

嵌入式电机控制实验

3

嵌入式实时操作系统概念介绍

——

线下

15

嵌入式系统综合设计

嵌入式综合实验

3

以电子竞赛题目为模板，完成嵌入式系统综合设计

——

线下

16

复习课

无

3

数字电路基础，8051，嵌入式系统知识复习

——

线下

实验序号

1

实验名称

数字电路仿真实验

实验目的

熟悉数字电路基本原理

实验器材和工具

multism仿真

实验内容和方法

基本逻辑电路、组合逻辑电路、时序电路设计。

其他说明

实验序号

2

实验名称

8051基础实验汇编语言编程

实验目的

熟悉8051汇编语言程序编写

实验器材和工具

KEILμVISION仿真软件

实验内容和方法

熟悉KEILμVISION成调试环境，熟悉汇编语言程序调试步骤和方法。

其他说明

实验序号

3

实验名称

8051基础实验汇编语言编程2

实验目的

熟悉8051汇编语言程序编写

实验器材和工具

KEILμVISION仿真软件

实验内容和方法

完成循环、简单运算类程序设计与调试

其他说明

实验序号

4

实验名称

C51语言编程

实验目的

熟悉C51程序编写

实验器材和工具

KEILμVISION仿真软件

实验内容和方法

查表、搜索、排序程序编程，完成子程序设计与调试

其他说明

实验序号

5

实验名称

8051定时器、中断模块编程

实验目的

熟悉8051定时器、中断模块编程

实验器材和工具

8051/STM32实验箱

实验内容和方法

完成定时器、中断模块编程，实现跑马灯控制

其他说明

实验序号

6

实验名称

嵌入式按键、液晶屏显示模块编程

实验目的

熟悉嵌入式按键、液晶屏显示模块编程

实验器材和工具

8051/STM32实验箱

实验内容和方法

完成按键、液晶屏显示模块编程，实现按键控制数码管显示控制

其他说明

实验序号

7

实验名称

嵌入式电机控制编程

实验目的

熟悉嵌入式定时器、中断模块编程，实现对电机的控制

实验器材和工具

8051/STM32实验箱

实验内容和方法

完成定时器、中断模块编程，通过PWM实现对电机转速控制

其他说明

实验序号

8

实验名称

嵌入式综合系统编程

实验目的

熟悉嵌入式系统各模块编程

实验器材和工具

8051/STM32实验箱

实验内容和方法

综合运用嵌入式系统各模块，实现复杂嵌入式系统编程，如通过温度传感器，显示、存储温度值，并控制电机风扇降温。

其他说明

学习资料链接

CC98 原帖需登录访问。