嵌入式微处理器原理及应用（一）基本信息中文课程名称：嵌入式微处理器原理及应用英文课程名称：PrinciplesandApplicationsofEmbeddedMicrocontroller课程编号：0311037学分：2.5学时：40（其中：理论学时：32实验学时：8）课程性质：必修适用专业：机械电子工程先修课程：《C语言》、《电工电子技术》、、《计算机文化基础》、《传感与检测技术》、《微机原理及应用》、《自动控制原理》等开课系（教研部）：机械设计教研部执笔：冯占荣审核：李冀课程简介：《嵌入式微处理器原理及应用》是机械电子工程专业的一门专业方向必修课，是一门理论性和实践性均较强的基础课程。主要教学内容是讲述嵌入式系统的基本理论、原理及应用。本课程是一门既与硬件关系密切，又与嵌入式软件关系密切的课程。它围绕目前流行的32位STM32处理器、MDKARM操作软件，讲述嵌入式微处理器的软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法，为后续机电类涉及嵌入式系统设计的课程及相关项目打下良好的基础。（二）课程目标本课程的主要目标是通过C来对嵌入式微处理器进行原理性的认识及实践方法的训练，培养学生达到处理同一类型的嵌入式处理器的测试、控制方法、思维方式及较强动手能力，实现软硬的初步设计及一般应用能力，支撑专业毕业目标中相应指标点的达成。课程目标对学生的能力要求如下：1.掌握嵌入式微处理器的基本概念、基本理论，并了解机电行业在嵌入式使用上的前沿发展和趋势：2.掌握嵌入式微处理器的知识和原理，对机电工程领域内涉及嵌入式复杂工程问题进行建模和表达，并能对其进行问题识别、表达和分析，以获得结论：3．具备基于嵌入式微处理器的智能化、自动化、集成化系统的设计过程；4.针对工程实际需求，能够初步运用所学基本知识、技能分析对具体复杂问题进行实验设计，并对实验数据进行采集、处理、分析和解释。课程目标对毕业要求的支撑关系如下：毕业要求课程目标毕业要求指标点指标点1.2：具备机械电子工程所需要的工程基础和专业基础课程目标毕业要求11知识的基本概念和基本理论
嵌入式微处理器原理及应用 （一）基本信息 中文课程名称：嵌入式微处理器原理及应用 英文课程名称：Principles and Applications of Embedded Microcontroller 课程编号：0311037 学分：2.5 学时：40（其中：理论学时：32 实验学时：8） 课程性质：必修 适用专业：机械电子工程 先修课程：《C 语言》、《电工电子技术》、《计算机文化基础》、《传感与检测技术》、《微机原 理及应用》、《自动控制原理》等 开课系（教研部）：机械设计教研部 执笔：冯占荣 审核：李冀 课程简介： 《嵌入式微处理器原理及应用》是机械电子工程专业的一门专业方向必修课，是一门理 论性和实践性均较强的基础课程。主要教学内容是讲述嵌入式系统的基本理论、原理及应用。 本课程是一门既与硬件关系密切，又与嵌入式软件关系密切的课程。它围绕目前流行的 32 位 STM32 处理器、MDK ARM 操作软件，讲述嵌入式微处理器的软、硬件组成，开发过程 以及嵌入式应用程序开发设计方法，为后续机电类涉及嵌入式系统设计的课程及相关项目打 下良好的基础。 （二）课程目标 本课程的主要目标是通过 C 来对嵌入式微处理器进行原理性的认识及实践方法的训练， 培养学生达到处理同一类型的嵌入式处理器的测试、控制方法、思维方式及较强动手能力， 实现软硬的初步设计及一般应用能力，支撑专业毕业目标中相应指标点的达成。 课程目标对学生的能力要求如下： 1. 掌握嵌入式微处理器的基本概念、基本理论，并了解机电行业在嵌入式使用上的前 沿发展和趋势； 2. 掌握嵌入式微处理器的知识和原理，对机电工程领域内涉及嵌入式复杂工程问题进 行建模和表达，并能对其进行问题识别、表达和分析，以获得结论； 3. 具备基于嵌入式微处理器的智能化、自动化、集成化系统的设计过程； 4. 针对工程实际需求，能够初步运用所学基本知识、技能分析对具体复杂问题进行实 验设计，并对实验数据进行采集、处理、分析和解释。 课程目标对毕业要求的支撑关系如下： 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 毕业要求 1 指标点 1.2：具备机械电子工程所需要的工程基础和专业基础 知识的基本概念和基本理论。 课程目标 1
指标点2.2：能够应用自然科学知识对机电领域的复杂工程问课程目标毕业要求22题进行识别、表达和分析，以获得结论。指标点3.2：掌握复杂的智能化、自动化、集成化系统设计过课程目标毕业要求33程。指标点4.2：能够针对机械电子工程中具体复杂问题设计实课程目标毕业要求44验，并对实验数据进行采集、处理、分析和解释。（三）教学内容推荐教学对应的序号教学内容教学要求学时方式课程目标1）了解什么是嵌入式单元1：嵌入式微处理器处理器，有何作用，对概述社会、安全、环境等有什么要求。树立学生1）嵌入式微处理器定义：课堂的家国情怀；2）嵌入式微处理器的发展讲授2）明确嵌入式微处理概述；+课程目标112器的软硬件构成和分3）嵌入式微处理器的硬件课程类及如何学习本门课和软件特征；讨论程。培养学生科学、合4）嵌入式微处理器的分理地规划、安排时间类;和精力，要有条不素、5）嵌入式微处理器的应有规有矩的做事及学用。丑。单元2：嵌入式微处理器高级语言精炼课堂巩固补充高级语言编1）C语言基础知识：讲授程基础。培养学生的2）数组；24+课程目标2重视基础，稳重发展课程3）函数；的工匠精神。讨论4）指针：5）结构体、共用体、枚举：6）编程规范。单元3：STM32简介1）起源；了解STM32的渊源及2）特点；内部结构和时钟树。课堂3）分类；课程目标132培养学生的重视基讲授4）型号说明：础，稳重发展的工匠5）内部资源；精神。6）内部结构：7）时钟树。课堂4课程目标24单元4：函数对寄存器封了解函数对寄存器的
毕业要求 2 指标点 2.2：能够应用自然科学知识对机电领域的复杂工程问 题进行识别、表达和分析，以获得结论。 课程目标 2 毕业要求 3 指标点 3.2：掌握复杂的智能化、自动化、集成化系统设计过 程。 课程目标 3 毕业要求 4 指标点 4.2：能够针对机械电子工程中具体复杂问题设计实 验，并对实验数据进行采集、处理、分析和解释。 课程目标 4 （三）教学内容 序号 教学内容 教学要求 推荐 学时 教学 方式 对应的 课程目标 1 单元 1：嵌入式微处理器 概述 1）嵌入式微处理器定义； 2）嵌入式微处理器的发展 概述； 3）嵌入式微处理器的硬件 和软件特征； 4）嵌入式微处理器的分 类； 5）嵌入式微处理器的应 用。 1）了解什么是嵌入式 处理器，有何作用，对 社会、安全、环境等有 什么要求。树立学生 的家国情怀； 2）明确嵌入式微处理 器的软硬件构成和分 类及如何学习本门课 程。培养学生科学、合 理地规划、安排时间 和精力，要有条不紊、 有规有矩的做事及学 习。 2 课堂 讲授 + 课程 讨论 课程目标 1 2 单元 2：嵌入式微处理器 高级语言精炼 1）C 语言基础知识； 2）数组； 3）函数； 4）指针； 5）结构体、共用体、枚举； 6）编程规范。 巩固补充高级语言编 程基础。培养学生的 重视基础，稳重发展 的工匠精神。 4 课堂 讲授 + 课程 讨论 课程目标 2 3 单元 3：STM32 简介 1）起源； 2）特点； 3）分类； 4）型号说明； 5）内部资源； 6）内部结构； 7）时钟树。 了解 STM32 的渊源及 内部结构和时钟树。 培 养 学 生 的 重 视 基 础，稳重发展的工匠 精神。 2 课堂 讲授 课程目标 1 4 单元 4：函数对寄存器封 了解函数对寄存器的 4 课堂 课程目标 2
装方法封装方式，深入理解讲授+库的意义和应用方课程目标31）地址空间；X法。培养学生解决间2）通过地址设置寄存器；题和分析问题的能力课程目标43）地址重命名：和理论联系实际的能4）外设的封装：力。5）寄存器的封装。单元5：HAL库及编程平课堂台讲授+掌握Hal库和编程平1）标准库及HAL库之比2课程台的使用方法。培养较；5课程目标2+讨论学生的重视基础，稳2）HAL库；1+熏发展的工匠精神。3）图形配置工具STM32上机Cube MX;实践4）编程平台KeilMDK5。课堂单元6：仿真平台掌握常用文件的打开讲授1）Proteus8.6环境：和关闭及读写的基本+操作，了解文件压缩2课程目标12）启动及主界面（新建电案例+路原理图、Proteus8.0中与接口函数。培养学6+分析ISIS的主窗口介绍、主菜单生理论联系实际的能课程目标21+简介、专用工具菜单简介、力上机添加及布置元器件）：实践2）仿真控制。单元7：理解1/0理解、掌握IO端口的课堂1）GPIO简介：使用方法及应用技讲授2）实验描述及硬件绘制：巧，实现对库的初步+23）STM32CubeMX配置工课程目标3理解和应用方法。熟作业+程；x悉GPIO的常用函数。练习2课程目标44）实验现象：培养学生的学会科+5）代码分析；学、合理、高效的学习上机6）点亮3个LED灯；及工作方法与精益求实践7）流水灯。精的工匠精神。单元8：按键扫描1理解、掌握扫描与中课堂中断断的使用方法及应用讲授技巧，实现对相应库1）实验描述及硬件绘制；+4课程目标3的初步理解和应用方2）STM32CubeMX配置工案例+8+法。熟悉中断的常用程；分析2课程目标4函数。培养学生的学3）代码分析；+会科学、合理、高效的上机4）编写用户代码；学习及工作方法与精5）实验现象；实践益求精的工匠精神。6）按键说明：
装方法 1 ）地址空间； 2）通过地址设置寄存器； 3）地址重命名； 4）外设的封装； 5）寄存器的封装。 封装方式，深入理解 库 的 意 义 和 应 用 方 法。培养学生解决问 题和分析问题的能力 和理论联系实际的能 力。 讲授 + 课程目标 3 + 课程目标 4 5 单元 5 ：HAL 库及编程平 台 1）标准库及 HAL 库之比 较；2）HAL 库； 3）图形配置工具 STM32 Cube MX ； 4）编程平台 Keil MDK5 。 掌握 Hal 库和编程平 台的使用方法 。培养 学生的重视基础，稳 重发展的工匠精神 。 2+1 课堂 讲授+ 课程 讨论+ 上机 实践 课程目标 2 6 单元 6 ：仿真平台 1 ）Proteus 8.6 环境 ； 2）启动及主界面（新建电 路原理图、Proteus8.0 中 ISIS 的主窗口介绍、主菜单 简介、专用工具菜单简介、 添加及布置元器件） ； 2）仿真控制 。 掌握常用文件的打开 和关闭及读写的基本 操作，了解文件压缩 与接口函数。培养学 生理论联系实际的能 力。 2+1 课堂 讲授+ 案例 分析+ 上机 实践 课程目标 1 + 课程目标 2 7 单元 7 ：理解 I/O 1 ）GPIO 简介 ； 2 ）实验描述及硬件绘制 ； 3 ）STM32CubeMX 配置工 程；4）实验现象； 5）代码分析； 6）点亮 3 个 LED 灯； 7）流水灯。 理解、掌握 IO 端口的 使 用 方 法 及 应 用 技 巧，实现对库的初步 理解和应用方法。熟 悉 GPIO 的常用函数。 培 养 学 生 的 学 会 科 学、合理、高效的学习 及工作方法与精益求 精的工匠精神 。 2+2 课堂 讲授+ 作业 练习+ 上机 实践 课程目标 3 + 课程目标 4 8 单元 8 ：按键扫描 \ 中断 1）实验描述及硬件绘制； 2）STM32CubeMX 配置工 程；3）代码分析； 4）编写用户代码； 5）实验现象； 6）按键说明； 理解、掌握扫描与中 断的使用方法及应用 技巧，实现对相应库 的初步理解和应用方 法。熟悉中断的常用 函数。培养学生的 学 会科学、合理、高效的 学习及工作方法与精 益求精的工匠精神 。 4+2 课堂 讲授+ 案例 分析+ 上机 实践 课程目标 3 + 课程目标 4
7）中断和异常向量；8）优先级分组；9）EXTI外部中断：10）实验描述及硬件绘制：11）STM32CubeMX配置工程；12）代码分析。单元9：基本定时器与PWM输出及捕获1）定时器功能简介：2）基本定时器工作分析；理解、掌握基本定时3）基本定时器时钟源：器、PWM的输出与捕课堂4）基本定时器周期：获的使用方法及应用讲授5）实验描述及硬件绘制；技巧，实现对相应库+6）STM32CubeMX配置工2课程目标3的初步理解和应用方案例程；+9+法。熟悉定时器的常分析2课程目标47）外设结构体分析：用函数。培养学生的+8）PWM输出过程分析（比学会科学、合理、高效上机较);的学习及工作方法与实践9）测量PWM输入过程分精益求精的工匠精析（捕获）；神。10）呼吸灯——PWM输出再应用：11)脉冲测量——PWM捕获。理解、掌握串口使用方法及应用技巧，实单元10：串口收发数据课堂现对相应库的初步理1）串口基础知识：课程目标3讲授解和应用方法。熟悉2++102）实验描述及硬件绘制；串口的常用函数。境案例3）外设结构体分析：课程目标4养学生的学会科学、分析4）重定向函数：合理、高效的学习及5）中断函数分析。工作方法与精益求精的工匠精神。单元11：DMA理解、掌握DMA的使用范围、方法及应用1）DMA概述；课堂技巧，实现对相应库2）DMA方式的特点；讲授课程目标3的初步理解和应用方2+113）DMA控制器的组成；+法。熟悉DMA的常用案例4）DMA的传送方式：课程目标4函数。培养学生的学分析5）DMA的传送过程；会科学、合理、高效的6)DMA方式和中断方式的学习及工作方法与精区别：
7）中断和异常向量； 8）优先级分组； 9）EXTI 外部中断； 10）实验描述及硬件绘制； 11）STM32CubeMX 配置工 程； 12）代码分析。 9 单元 9：基本定时器 与 PWM 输出及捕获 1）定时器功能简介； 2）基本定时器工作分析； 3）基本定时器时钟源； 4）基本定时器周期； 5）实验描述及硬件绘制； 6）STM32CubeMX 配置工 程； 7）外设结构体分析； 8）PWM 输出过程分析（比 较）； 9）测量 PWM 输入过程分 析（捕获）； 10）呼吸灯——PWM 输出 再应用； 11）脉冲测量——PWM 捕 获。 理解、掌握基本定时 器、PWM 的输出与捕 获的使用方法及应用 技巧，实现对相应库 的初步理解和应用方 法。熟悉定时器的常 用函数。培养学生的 学会科学、合理、高效 的学习及工作方法与 精 益 求 精 的 工 匠 精 神。 2 + 2 课堂 讲授 + 案例 分析 + 上机 实践 课程目标 3 + 课程目标 4 10 单元 10：串口收发数据 1）串口基础知识； 2）实验描述及硬件绘制； 3）外设结构体分析； 4）重定向函数； 5）中断函数分析。 理解、掌握串口使用 方法及应用技巧，实 现对相应库的初步理 解和应用方法。熟悉 串口的常用函数。培 养学生的学会科学、 合理、高效的学习及 工作方法与精益求精 的工匠精神。 2 课堂 讲授 + 案例 分析 课程目标 3 + 课程目标 4 11 单元 11：DMA 1）DMA 概述； 2）DMA 方式的特点； 3）DMA 控制器的组成； 4）DMA 的传送方式； 5）DMA 的传送过程； 6）DMA 方式和中断方式的 区别； 理解、掌握 DMA 的使 用范围、方法及应用 技巧，实现对相应库 的初步理解和应用方 法。熟悉 DMA 的常用 函数。培养学生的学 会科学、合理、高效的 学习及工作方法与精 2 课堂 讲授 + 案例 分析 课程目标 3 + 课程目标 4
7）实验描述及硬件绘制；益求精的工匠精神。8）STM32CubeMX配置工程；9）DMA中断函数分析：10）编写用户代码。单元12：RTC与ADC理解、掌握 RTC与1）RTC的特点及时钟源选ADC的使用方法及应择;用技巧，实现对相应课堂2）UNIX时间戳：库的初步理解和应用课程目标3讲授3）STM32ADC转换简介：方法。熟悉RTC和2++124）实验描述及硬件绘制：ADC 的常用函数。培案例课程目标45）RCC及引脚设置；养学生的学会科学分析6）时钟配置；合理、高效的学习及7）MCU外设配置；工作方法与精益求精8）外设结构体分析；的工匠精神。9）编写用户代码。单元13：单总线控制1）DS18B20简介：2）特性；3）引脚定义与描述：4）供电；以单总线为例，掌握5）温度测量；课堂读懂时序图的方法，6）温度报警：讲授课程目标3应用前面学过的知识++137）功能命令；2进行实例编程，巩固案例课程目标48）时序；所学知识。培养学生9）实验描述及硬件绘分析理论联系实际的能制;力。10）STM32CubeMX配置工程;11）延时函数说明；12）编写用户代码（四）实践教学安排项目实验实验每组实验项目实验类型课程目标编号学时要求人数12必修认识编程平台及仿真平台验证性1课程目标4必修2理解IO及LED灯实验2验证性课程目标432必修按键扫描与中断实验验证性课程目标44必修基本定时器与PWM实验2验证性课程目标41
7）实验描述及硬件绘制； 8）STM32CubeMX 配置工 程； 9）DMA 中断函数分析； 10）编写用户代码。 益求精的工匠精神。 12 单元 12：RTC 与 ADC 1）RTC 的特点及时钟源选 择； 2）UNIX 时间戳； 3）STM32 ADC 转换简介； 4）实验描述及硬件绘制； 5）RCC 及引脚设置； 6）时钟配置； 7）MCU 外设配置； 8）外设结构体分析； 9）编写用户代码。 理解、掌握 RTC 与 ADC 的使用方法及应 用技巧，实现对相应 库的初步理解和应用 方法。熟悉 RTC 和 ADC 的常用函数。培 养学生的学会科学、 合理、高效的学习及 工作方法与精益求精 的工匠精神。 2 课堂 讲授 + 案例 分析 课程目标 3 + 课程目标 4 13 单元 13：单总线控制 1）DS18B20 简介； 2）特性； 3）引脚定义与描述； 4）供电； 5）温度测量； 6）温度报警； 7）功能命令； 8）时序； 9）实验描述及硬件绘 制； 10）STM32CubeMX 配置 工程； 11）延时函数说明； 12）编写用户代码 以单总线为例，掌握 读懂时序图的方法， 应用前面学过的知识 进行实例编程，巩固 所学知识。培养学生 理 论 联 系 实 际 的 能 力。 2 课堂 讲授 + 案例 分析 课程目标 3 + 课程目标 4 （四）实践教学安排 项目 编号 实 验 项目 实验 学时 实验类型 实验 要求 每组 人数 课程目标 1 认识编程平台及仿真平台 2 验证性 必修 1 课程目标 4 2 理解 IO 及 LED 灯实验 2 验证性 必修 1 课程目标 4 3 按键扫描与中断实验 2 验证性 必修 1 课程目标 4 4 基本定时器与 PWM 实验 2 验证性 必修 1 课程目标 4