嵌入式系统实验指导书
嵌入式系统实验指导书
目录引言.2第一部分物联网工程教学开放实验平台概述1．物联网工程教学开放实验平台.31.1．教学平台特点..31.2.平台详情...42.物联网工程教学开放实验平台操作指南.62.1.硬件模块介绍..62.2.开发环境介绍...8..123.物联网实验教学系统概述，第二部分物联网工程教学开放实验平台基础实验.15.151.微控制器实验..151.1.实验一AVR单片机开发环境搭建1.2.实验二通用1/0接口实验.251.3.实验三定时器实验.291.4.实验四中断实验...33..381.5.实验五串口通信实验1.6.实验六EEROM读写实验，..44心2.传感器实验...48.482.1.实验一振动传感器实验..522.2.实验二热源红外传感器实验.552.3.实验三光敏传感器实验..2.4.实验四温度传感器实验...58..672.5.实验五湿度传感器实验...743.ARM裸机实验...743.1.ARM裸机实验环境搭建3.2.实验一通用1/0接口通信实验...83..893.3．实验二串行异步通信接口（UART）实验实验...973.4.实验三中断系统和定时器实验.1043.5.实验四ADC实验3.6.实验五RTC时钟模块实验108
目 录 引 言 .1 第一部分物联网工程教学开放实验平台概述 .2 1. 物联网工程教学开放实验平台.3 1.1. 教学平台特点.3 1.2. 平台详情.4 2. 物联网工程教学开放实验平台操作指南.6 2.1. 硬件模块介绍.6 2.2. 开发环境介绍.8 3.物联网实验教学系统概述.12 第二部分物联网工程教学开放实验平台基础实验 .15 1. 微控制器实验.15 1.1. 实验一 AVR 单片机开发环境搭建 .15 1.2. 实验二 通用 I/O 接口实验.25 1.3. 实验三 定时器实验.29 1.4. 实验四 中断实验.33 1.5. 实验五 串口通信实验.38 1.6. 实验六 EEROM 读写实验 .44 2. 传感器实验.48 2.1. 实验一 振动传感器实验.48 2.2. 实验二 热源红外传感器实验.52 2.3. 实验三 光敏传感器实验.55 2.4. 实验四 温度传感器实验.58 2.5. 实验五 湿度传感器实验.67 3. ARM 裸机实验 .74 3.1. ARM 裸机实验环境搭建 .74 3.2. 实验一 通用 I/O 接口通信实验.83 3.3. 实验二 串行异步通信接口（UART）实验实验.89 3.4. 实验三 中断系统和定时器实验.97 3.5. 实验四 ADC 实验 .104 3.6. 实验五 RTC 时钟模块实验 .108
引言本课程实验是以物联网中的嵌入式系统作为主要对象，结合当今物联网的一些新技术使学生既能掌握嵌入式系统的基本知识，又能与物联网产业相结合对学生未来发展会有非常大的助益。物联网正在通过无线网络和感应器件（射频识别器件、传感器件等）使我们的日常生活发生巨大的变化。物联网技术把所有物资和产品通过射频识别、传感器或其他嵌入式器件等与互联网连接，实现智能化管理、监督和控制，是继计算机、互联网与移动通信之后的又一次信息产业浪潮。物联网技术具有广泛的发展前景，我国高度关注与重视物联网的研究，并开始着力进行相关领域的人才培养与储备。为进一步适应物联网技术的发展以及相关的人才市场需求，全国各大高等院校及各类职业培训学校在计算机和通信类专业先后开设网络通信和物联网的相关课程，同时建设与课程教学相配套的“物联网信息平台”实验室。其意义在于：提高教学科研水平，促进学生就业，并且提升学校竞争力。本书由理学院物理与电子科学系白海平编写。本书在编写过程中，得到了许多同事的支持和帮助，以及上海杰普科技有限公司的帮助，在此一并表示衷心的感谢。由于作者水平有限，书中错误之处在所难免，敬请读者批评指正
1 引 言 本课程实验是以物联网中的嵌入式系统作为主要对象，结合当今物联网的一 些新技术， 使学生既能掌握嵌入式系统的基本知识，又能与物联网产业相结合对学生未来发展会有非常 大的助益。 物联网正在通过无线网络和感应器件（射频识别器件、传感器件等）使我们的日常生活 发生巨大的变化。物联网技术把所有物资和产品通过射频识别、传感器或其他嵌入式器件等 与互联网连接,实现智能化管理、监督和控制，是继计算机、互联网与移动通信之后的又一 次信息产业浪潮。 物联网技术具有广泛的发展前景，我国高度关注与重视物联网的研究，并开始着力进行 相关领域的人才培养与储备。为进一步适应物联网技术的发展以及相关的人才市场需求，全 国各大高等院校及各类职业培训学校在计算机和通信类专业先后开设网络通信和物联网的相 关课程，同时建设与课程教学相配套的“物联网信息平台”实验室。其意义在于：提高教学 科研水平，促进学生就业，并且提升学校竞争力。 本书由理学院物理与电子科学系白海平编写。 本书在编写过程中，得到了许多同事的 支持和帮助，以及上海杰普科技有限公司的帮助，在此一并表示衷心的感谢。 由于作者水 平有限，书中错误之处在所难免，敬请读者批评指正
第一部分物联网工程教学开放实验平台概述背景介绍物联网（英文名：InternetofThings（IOT），也称为WebofThings。）是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。自温总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。高校的研究随着感知中国战略的启动及逐步展开，中国物联网产业发展面临巨大机遇。目前物联网技术还属于一个新兴技术，正在快速发展。学习与掌握物联网的技术理论发展方向及其行业应用是目前高等教育的核心目标。2010年最新的教育部通知已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点，开始鼓励各高校申报相关专业。截至2017前底，已有一半以上的工科和综合院校建立了物联网专业。2
2 第一部分 物联网工程教学开放实验平台概述 背景介绍 物联网（英文名： Internet of Things（IOT），也称为 Web of Things。）是指通过各 种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、 红外感应器、激光 扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过 程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合 形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识 别、管理和控制。 自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写 入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、 欧盟、以及其他各国不可比拟的。 高校的研究 随着感知中国战略的启动及逐步展开,中国物联网产业发展面临巨大机遇。 目前物联网技术还属于一个新兴技术,正在快速发展。学习与掌握物联网的技术理论, 发展方向及其行业应用是目前高等教育的核心目标。2010 年最新的教育部通知已将物联 网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点,开始鼓励各高校申报相关专业。截至 2017 前底，已有一半以上的工科和综合院校建立了物联网专业
1.物联网工程教学开放实验平台车X物联网工程教学实验平台是结合了物联网传感层、网络层与应用层的特点，进行分层设计、整合实施、扎根应用、服务教学的模块化结构的整体实验室解决方案。传感层包括温度、湿度等各类通用传感器、RFID设备以及视频采集设备，利用这些设备可以构建传感器网络；构建基于仓储、物流及人员管理的实验场景：构建大型复杂通信模式下的物联网实验场景：模拟工业生产现场控制与通信的实验场景；模拟场景监控实验等。网络层包括多功能网管、2G/3G网络、以太网交换机、Wifi模块等网络设备，利用这些设备用户可以构建各种网络、以及实现异构网络之间的互联等场景实验。应用层支持多种实际需求，包括物流管理、环境监测、智能家居、工业控制、视频监控。本平台还包括配套软件平台以及实验指导书，从基础到深入、从原理到应用全面体现物联网的各个环节。1.1.教学平台特点符合物联网工程专业规范、贴近实践教学物联网工程教学开放实验平支持其中大部分物联网专业课程的实践教学与课程实验设计。即包括对RFID、Zigbee、传感网络操作系统等物联网专业的特色课程的支持还包括对操作系统、单片机、ARM等基础课程的支持。3
3 1. 物联网工程教学开放实验平台 物联网工程教学实验平台是结合了物联网传感层、网络层与应用层的特点，进行分层设 计、整合实施、扎根应用、服务教学的模块化结构的整体实验室解决方案。 传感层包括温度、湿度等各类通用传感器、RFID 设备以及视频采集设备，利用这些设 备可以构建传感器网络；构建基于仓储、物流及人员管理的实验场景；构建大型复杂通信 模式下的物联网实验场景；模拟工业生产现场控制与通信的实验场景；模拟场景监控实验 等。 网络层包括多功能网管、2G/3G 网络、以太网交换机、Wifi 模块等网络设备，利用这些 设备用户可以构建各种网络、以及实现异构网络之间的互联等场景实验。 应用层支持多种实际需求，包括物流管理、环境监测 、智能家居、工业控制、视频监 控。本平台还包括配套软件平台以及实验指导书，从基础到深入、从原理到应用全面体现 物联网的各个环节。 1.1. 教学平台特点 符合物联网工程专业规范、贴近实践教学 物联网工程教学开放实验平支持其中大部分物联网专业课程的实践教学与课程实验设 计。即包括对 RFID、Zigbee、传感网络操作系统等物联网专业的特色课程的支持还包括对 操作系统、单片机、ARM 等基础课程的支持