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1、精选优质文档-倾情为你奉上嵌入式系统与应用课程教学大纲课程名称：嵌入式系统与应用课程代码：ELEA2028英文名称：The Principle & Applications of Embedded System课程性质：专业选修课程学分/学时：2学分/36学时(18+18)开课学期：第7学期适用专业：电气工程及其自动化先修课程：计算机信息技术、C语言程序设计、计算机原理及应用、单片机原理与应用后续课程：无开课单位：机电工程学院课程负责人：王富东大纲执笔人：王家善大纲审核人：余雷一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：嵌入式
2、系统与应用是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课程。本课程针对电气工程及其自动化专业的特点，结合单片机原理、电子技术和电力电子技术，以实际应用为导向，培养学生运用数字控制技术解决电气领域实际工程问题的能力。教学目标：嵌入式系统是运用单片机技术，实现对各种模拟信号和数字信号的处理，并且结合具体的电路实现对于外部设备的控制。本课程的主要内容包括：介绍嵌入式系统的基本概念，分类与定义、嵌入式系统的应用领域。在此基础上，讲述应用单片机进行若干应用系统的硬件与软件设计的方法和技巧。进一步了解和掌握嵌入式系统的设计方法与具体实现。通过相关功能模块的理论讲授和实验训练，使学生掌握具体功能程序的编写和调试的
3、能力，并通过参数设置与频率测量系统等综合设计实验，使学生了解综合软硬件功能进行系统设计，解决实际工程问题的路径及方法。通过相关应用专题的功能讲解、技术剖析和代码演示，拓展学生的知识，了解和熟悉嵌入式系统技术在专业领域的应用情况，引导学生应用嵌入式系统技术解决与电气专业相关的具体工程问题，培养学生的工程应用能力。本课程的具体教学目标如下：1. 理解和掌握嵌入式系统实验箱的各个组成部分、功能以及详细的电路设计，为嵌入式系统软件开发做好准备；2. 熟练掌握KEIL uvision2(或者KEIL uvision3等更高的版本)集成开发环境的使用方法，理解各种集成开发环境的参数含义和设置方法。学习和掌
4、握使用C51语言进行应用系统开发的过程与技巧。培养学生综合设计程序框架和整体逻辑结构、解决工程实际应用中具体问题的能力；3. 熟悉单片机测量与控制技术在电气工程领域实际应用的相关知识，通过几个基本的单片机实际应用训练项目,掌握单片机应用系统软件开发基本技能。教学目标与毕业要求的对应关系：毕业要求指标点课程目标对应关系说明毕业要求3：设计/开发解决方案3-1 能针对复杂问题进行调研并明确约束条件,完成电气或自动化系统的软硬件需求分析教学目标1掌握嵌入式系统实验箱的各个部分的组成结构,理解该系统的功能需求与约束。教学目标2熟练掌握开发环境的使用方法与设置维护;通过学习C51语言程序设计,理解软件开
5、发过程及其与汇编语言相比较的特点。3-2 能针对需求独立进行算法和程序设计，并能验证算法和程序的正确性教学目标3要求掌握单片机基本外设的使用方法和常用算法。通过若干实际应用训练项目,掌握嵌入式系统软件开发基本技能。二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。重点内容：；难点内容：）1、 嵌入式系统的基础知识（2学时）（支撑教学目标1、2）1.1 嵌入式系统的基本概念1.2 嵌入式系统的分类与特点1.3 嵌入式系统中的微处理器1.4 嵌入式系统的组成1.5 嵌入式系统的应用1.6 嵌入式系统的开发与调试1.7 本课程的教学内容、课程特点和学习要求
6、 目标及要求：1) 掌握嵌入式系统的基本概念，定义、分类、组成、特点及嵌入式系统的应用领域2) 了解嵌入式系统中各种微处理器：MPU、MCU、DSP、FPGA及SOC各自的特点3) 了解嵌入式系统的开发与调试过程4) 了解本课程的主要教学内容、学习方法和主要参考资料。 讨论内容：讨论单片机、DSP、FPGA的功能和应用，讨论它们之间的差异 作业内容：阅读参考教材，复习相关内容2、 C语言程序设计基础（2学时）（支撑教学目标2）3.1 C语言的发展历史3.2 ANSI C语言与各种版本的C语言的区别3.3 C语言的数据类型3.4 C语言的函数与头文件、库函数3.5 C语言的程序设计与开发过程 目
7、标及要求：1) 了解C语言的数据类型2) 了解C语言的头文件与函数、库函数3) 了解C语言的程序设计与开发过程 讨论内容：讨论C语言中的变量与存储器的关系 作业内容：阅读参考教材，复习C语言程序设计基础知识3、 从表准C到C51（4学时）（支撑教学目标2）3.1 C51的硬件关联性3.2 C51扩展关键字3.3 C51中的代码和数据3.4 C51的函数 目标及要求：1) 掌握的硬件关联性、C51扩展关键字2) 掌握C51的存储器说明与访问方式3) 了解C51的三种编译模式4) 掌握C51的数据类型与存储5) 掌握C51中变量绝对地址的定义6) 掌握C51中指针变量的使用方法7) 了解C51中函
8、数参数与返回值的传递，掌握工作寄存器组及中断函数的使用，了解C51的可重入函数及代码优化 讨论内容：讨论代码优化的方法 作业内容：阅读参考教材，复习8051单片机的存储器组织及配置，复习C51语言程序设计基础内容4、 C51的库函数与头文件（2学时）（支撑教学目标2）4.1 头文件中定义的数据和数据类型4.2 各类头文件4.3 C51的启动文件和初始化文件 目标及要求：1) 了解头文件中定义的数据和数据类型2) 了解C51各类头文件及其作用3) 掌握常用库函数的使用方法4) 了解C51的启动文件和初始化文件 讨论内容：讨论在C51中标准输入/输出函数的使用方法，并与其在标准C中的功能进行比较
9、作业内容：阅读参考教材，复习、阅读课上相关内容5、 编译预处理和编译控制（2学时）（支撑教学目标2）5.1 编译预处理5.2 编译控制 目标及要求：1) 了解文件包含、宏定义及条件编译等编译预处理命令2) 了解编译的文件产物、编译控制命令的分类和实现、编译控制命令的具体描述 讨论内容：比较汇编与编译过程 作业内容：阅读参考教材，复习、阅读编译预处理和编译控制相关内容 自学拓展：阅读参考资料，学习编译原理6、 C51中的混合编程（2学时）（支撑教学目标2）6.1 C51程序的制作过程6.2 在C51程序中插入汇编行6.3 编写带有C51接口的汇编模块 目标及要求：1) 了解C51程序的制作过程、
10、段的属性和段名前缀、数据目标及程序目标2) 掌握在C51程序中插入汇编行的方法3) 通过实例，了解编写带有C51接口的汇编模块的方法 讨论内容：汇编模块制作方法讨论；汇编语言、C语言混合编程的好处7、 Vision下的典型设置和典型操作（2学时）（支撑教学目标2）7.1 项目的创建、打开和关闭7.2 项目选项的设置7.3 项目中的文件设置7.4 项目制作7.5 项目调试7.6 项目管理 目标及要求：1) 了解集成开发平台Keil Vision的功能和作用2) 熟练掌握Vision下，项目的创建、打开和关闭3) 熟练掌握Vision下，项目中的文件设置4) 熟练掌握Vision下，项目的制作、调
11、试、管理 讨论内容：开发平台对嵌入式系统研发的重要性，理想的IDE应包括哪些功能？ 作业内容：自行下载Vision软件，反复练习Vision的典型设置和典型操作 自学拓展：自学其它IDE（集成开发软件平台）8、 软件实验一：代码转换（3学时）（支撑教学目标1）8.1 采用直接地址访问分离多字节压缩BCD码8.2 采用变量操作分离多字节压缩BCD码 目标及要求：1) 分别采用直接地址访问与变量操作分离多字节压缩BCD码，将30H单元开始的连续5个压缩BCD码转换为ASCII码并存放在40H开始的单元2) 熟悉Vision集成开发工具在软件模拟时的环境设置3) 进一步熟练掌握Vision下，项目的
12、制作、调试、管理4) 通过编程实验，掌握BCD码、压缩BCD码和ASCII码间的区别和相互转换，掌握有限次循环程序的编写方法，掌握访问内部RAM和外部RAM的方法 讨论内容：如果是反向转换，程序应如何修改？存放数据的存储器如是外部RAM，程序应如何修改？ 作业内容：用标准输入输出函数实现本实验的输入、输出9、 软件实验二：多字节数加减（3学时）（支撑教学目标1）9.1 三字节BCD码相加9.2 三字节BCD码相减 目标及要求：1) 编程实现三字节BCD码的加法，如H+H，其中被加数和加数分别存于内部RAM30H32H和33H35H，两数的和存入36H38H，存储方式均为“大端对齐”（高位数存于
13、低地址，低位数存于高地址）2) 编程实现三字节BCD码的减加法，如H-H，其中被减数和减数分别存于内部RAM30H32H和33H35H，两数的差存入36H38H，存储方式均为“大端对齐”3) 熟练掌握Vision集成开发工具在软件模拟时的环境设置4) 通过编程实验掌握多字节数的加减运算，掌握BCD加法调整指令及它的使用环境，了解数据存储时“大端对齐”的概念 讨论内容：BCD码、压缩BCD码与二进制数的区别10、 软件实验三：批量数据的统计与排序（3学时）（支撑教学目标1）10.1 有符号数的统计10.2 无符号数的排序 目标及要求：1) 片内RAM40H开始，连续存放有10个有符号数（自行设置
14、10个单字节数），编程统计数据区中负数、0、正数的个数，分别存入30H32H2) 片内RAM30H开始，连续无序存放有10个无符号数（自行设置10个单字节数），编程将这批数据安升序排列整齐3) 通过编程实验，掌握有符号数和无符号数的区别，掌握标志位和条件转移指令的使用，掌握多分支程序的编写，掌握不定循环次数程序的编写 讨论内容：本实验如要改为降序排列，应如何改程序？11、 实验装置介绍（2学时）（支撑教学目标1）11.1 实验板总体结构和元器件布局11.2 板上的实验资源11.3 各单元电路的结构及使用 目标及要求：1) 了解实验板总体结构、元器件布局2) 熟悉了解板上的实验资源3) 熟练掌握
15、各单元电路的结构及使用方法 自学拓展：自学拓展电磁兼容性方面的知识，了解供电电源、元器件布局、PCB制作对嵌入式系统电磁兼容性能的影响12、 硬件实验一：参数设置操作界面（3学时）（支撑教学目标1、2、3）12.1 LED数码管的显示驱动12.2 按键操控显示 目标及要求：1) 编程实现对一组参数（30个参数）进行管理，通过4个按键来实现所有参数的显示、修改和存储2) 通过对硬件电路的分析理解，掌握LED数码管的显示驱动方法，掌握软件读取各按键按下、释放状态的方法3) 按键处理程序要能够消除机械按键的抖动，能够适应不同人群的操作习惯，具有快速调整功能，具有一键多能的功能，调整与设置参数时要有上
16、限和下限（0200），要能够实现屏幕保护功能（检测出用户在给定时间内未按键） 讨论内容：增大上限和下限，对编程有何影响？ 作业内容：完成未及完成的程序13、 硬件实验二：数字秒表设计（3学时）（支撑教学目标1、2、3）13.1 定时器/计数器的设置及控制13.2 定时中断的设置13.3 中断程序的编写 目标及要求：1) 编程实现数字秒表功能，计时精度为0.01秒，需用3个按键进行操作：“开始”、“停止”、“清除”，用四位数码管显示00.00秒99.99秒2) 理解并掌握定时器/计数器的设置及控制3) 掌握定时中断的设置4) 掌握中断程序的编写方法 讨论内容：按键需要消抖处理吗？用定时器不同的工
17、作方式对定时精度的影响影响秒表计时精度的因素有哪些？ 作业内容：完成未及完成的程序14、 硬件实验三：数字频率表设计（3学时）（支撑教学目标1、2、3）15.1 频率测量的M法15.2 频率测量的T法15.3 频率测量的M/T法 目标及要求：1) 编程实现以M/T法测量被测信号的频率，并用四位数码管显示之2) 了解板上振荡电路的工作原理3) 进一步强化定时中断的应用4) 理解并掌握频率测量的三种方法，各自的适用范围 讨论内容：影响频率测量精度的因素有哪些? 作业内容：完成未及完成的程序三、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法
18、，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。在目前的实验教学条件基础上，及时采用实验练习法，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。在实验教学过程中，引导学生发现问题，思考解决方案。结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：1. 根据基础部分，由老师讲解和教学演示。教学内容的实践性比较强，单纯原理的讲解较难理解，所以功能模块的讲解分解到各个功能模块的编程中去，用到哪里讲解到哪里，讲完了就用，就进行实践，这样学生更容易掌握，对知识的理解也更深入，交互式教学学生不懂直接提问加强师生之间的交流。利用实物投影
19、仪和屏幕投影等方式，然学生有一个直观的认识，之后学生重复老师的程序进行编写、调试运行。程序写出来了，直接显示效果，提高学生的兴趣，这样对编程语言和程序的理解和掌握有更快的速度。2. 根据从简单到复杂，从单一到综合的学习方法进行教学。嵌入式系统是一个复杂的系统，教学中本着有简答到复杂的原则进行课程设计，老师先举简单的例子，老师编写程序运行调试过后，学生跟着编写，调试通过了，再进行功能拓展加大。学生需要在老师原有的基础上进行拓展提高，这样对原理和编程方法上更能容易掌握和提高。将一个问题先分解成简单问题，然后再进行综合。分部先将单元模块的编程进行讲解和实验，然后再以小组的形式根据自己的设计，设计复杂
20、工程，然后进行编写程序，这样学生更容易上手，更利于解决复杂工程能力的培养。3. 注重团队协作能力的培养，多进行学生间、师生间的讨论。单纯的老师教学生学不利于知识的传达和掌握。在课程设计的时候有很多学生动手实践的时间，这个时候可以充分发挥学生之间的互帮互助能力，让学生以小组进行讨论，共同解决遇到的困难，这样的方式更有利于激发学生自己思考，自己探索的能力，这样解决的问题学生印象深刻，同时可以起到培养学生团队协作能力，倾听其他人意见，与团队成员共享信息的能力，对今后踏入工作岗位也有益处。老师也可以参与学生的讨论，帮组他们分析问题，引导式的启发他们解决问题。4. 引导式教育，规范学生编写代码的习惯，培
21、养规范的作风。在教学过程中，老师先编写程序，然后学生学习，这样有益于培养学生的编程风格，规范他们的编写代码的习惯。当今时代软件产品早己步入团队协作式开发模式，要成为一支优秀开发组的关键因素之一就是组员之间的密切交流，它体现在整个开发周期，从需求、计划、测试案例、设计，到算法、实现方式等软件工程各阶段当中。具体到每一个实现模块的源代码亦不例外。简言之，就是你在编写这段代码时应当让其他人清晰的了解这段代码“是什么”，当程序出错时，其他人能够从程序逻辑上迅速分析找到错误出处。所以我们的设计中，老师可以潜移默化的将好的编写代码的习惯交给学生，培养学生规范编写的习惯。在教学方法的实际执行过程中，每个教学
22、环节都应具有明确的目的性。同时，以上教学方法需要根据教学过程中的实际效果、学生对知识点的掌握和应用情况不断改进。教学效果不好、学生对知识点理解程度不高时，应适当调整教学方法，适当增加演示法或实验训练法，或在讲授后续教学内容时，引导学生前后联系，结合前置难点内容进行讨论，强化知识掌握。在学生对知识掌握情况较好，系统性较好、实验训练效果较好的情况下，适当提高教学内容或实验内容的难度，或增加发现学习法和自学指导法，设置具体应用问题，引导学生探索解决方案。四、考核及成绩评定方式考核方式：开卷笔试，实验及实验报告成绩评定方式：笔试成绩60%，实验及实验报告40%五、教材及参考书目教材：1 陈涛，单片机应用及C51程序设计（1/2版），机械工业出版社，2008/20112 自编，单片机C51程序设计实验讲义参考书目：1 韩雁, 徐煜明编著，(第二版)，电子工业出版社，2016。2 汤嘉立主编，人民邮电出版社，2014。3 张毅刚主编，单片机原理及接口技术(C51编程)，人民邮电出版社，2011。4 孔维功主编，C51单片机编程与应用，电子工业出版社，2011。5 马忠梅，单片机的C语言应用程序设计（3/4版），北航版，2003/2007。6 马忠梅，单片机C语言Windows环境编程宝典，北航版，2003。2016年7月专心-专注-专业