《嵌入式系统设计》课程教学大纲 课程名称：嵌入式系统设计 课程代码：TELE2131 课程学分：2.5 课程名称（中/英）：嵌入式系统设计/Embedded System Design 课程学时：27 实验学时：27 课程性质：大类专业课程 开课学期：第6学期 适用专业：电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等专业 先修课程：微机原理与接口技术、数字电路、C语言程序设计 后续课程：毕业设计 开课单位：电子信息学院 课程负责人： 大纲执笔人：邓晶 大纲审核人： 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：嵌入式系统设计是电子信息类专业一门重要的专业选修课程。本课程是一门实践性 很强的课程，课程以理论教学与实验教学并重的方式，培养学生嵌入式技术方面的软硬件设计 能力，并通过该课程的学习扩大学生知识面，为今后的研究和技术工作打下坚实的基础。 教学目标：嵌入式系统设计以ST公司的32位基于ARM Cortex-M3内核的STM32单片机为例， 介绍嵌入式系统的定义、特点和发展：ARM Cortex-M3体系结构：STM32程序设计与片上外围 资源等，通过理论学习、实验、综合设计等环节，使学生了解嵌入式系统的发展状况和应用领 域，掌握嵌入式系统的硬件设计、软件设计和系统综合设计能力，培养学生利用本课程分析和 解决实际问题的能力，为今后从事嵌入式系统方面的应用与研究打下基础。本课程的具体教学 目标如下： 1、掌握嵌入式系统的基础知识：学习ARM Cortex-M3体系结构：学习STM32MCU的结构、STM32 最小系统、片内外设资源和外部引脚，学习嵌入式系统硬件分析和设计方法：【1-2】 2、学习STM32MCU的软件开发技术，掌握利用嵌入式C语言设计STM32程序的方法：【1-2】 3、学习嵌入式系统硬件设计技术，掌握STM32最小系统硬件和外围扩展单元设计，并能够综 合运用嵌入式系统软件和硬件设计技术解决实际工程问题，并能够根据需求设计基于STM32 MCU的嵌入式系统的解决方案：【3-1】 4、学习ARM Kei1集成开发环境的使用方法，熟练使用STM32MCU开发板，并在此基础上完成 规定的必修实验，设计综合性实验。【5-2】
《嵌入式系统设计》课程教学大纲 课程名称：嵌入式系统设计 课程代码：TELE2131 课程学分：2.5 课程名称（中/英）：嵌入式系统设计 / Embedded System Design 课程学时：27 实验学时：27 课程性质：大类专业课程 开课学期：第 6 学期 适用专业：电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等专业 先修课程：微机原理与接口技术、数字电路、C 语言程序设计 后续课程：毕业设计 开课单位：电子信息学院 课程负责人： 大纲执笔人：邓晶 大纲审核人： 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：嵌入式系统设计是电子信息类专业一门重要的专业选修课程。本课程是一门实践性 很强的课程，课程以理论教学与实验教学并重的方式，培养学生嵌入式技术方面的软硬件设计 能力，并通过该课程的学习扩大学生知识面，为今后的研究和技术工作打下坚实的基础。 教学目标：嵌入式系统设计以 ST 公司的 32 位基于 ARM Cortex﹣M3 内核的 STM32 单片机为例， 介绍嵌入式系统的定义、特点和发展；ARM Cortex﹣M3 体系结构；STM32 程序设计与片上外围 资源等，通过理论学习、实验、综合设计等环节，使学生了解嵌入式系统的发展状况和应用领 域，掌握嵌入式系统的硬件设计、软件设计和系统综合设计能力，培养学生利用本课程分析和 解决实际问题的能力，为今后从事嵌入式系统方面的应用与研究打下基础。本课程的具体教学 目标如下： 1、 掌握嵌入式系统的基础知识；学习 ARM Cortex﹣M3 体系结构；学习 STM32 MCU 的结构、STM32 最小系统、片内外设资源和外部引脚，学习嵌入式系统硬件分析和设计方法；【1-2】 2、 学习 STM32 MCU 的软件开发技术，掌握利用嵌入式 C 语言设计 STM32 程序的方法；【1-2】 3、 学习嵌入式系统硬件设计技术，掌握 STM32 最小系统硬件和外围扩展单元设计，并能够综 合运用嵌入式系统软件和硬件设计技术解决实际工程问题，并能够根据需求设计基于 STM32 MCU 的嵌入式系统的解决方案；【3-1】 4、 学习 ARM Keil 集成开发环境的使用方法，熟练使用 STM32 MCU 开发板，并在此基础上完成 规定的必修实验，设计综合性实验。【5-2】
二、 课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符合标 准哪几条毕业要求指标点)(1.2,3.1,5.2) 毕业要求 指标点 课程目标 1-2能针对电子信息领域的具体对象建立数 教学目标1、2 1、工程知识 学模型并求解，并具备对工程问题进行软硬 件分析与设计的基本能力。 3、设计/开发解决方 3-1能利用专业知识，根据给定的设计指标， 教学目标3 案 设计电子信息领域的单元或过程。 5-2能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、 5、使用现代工具 工程工具和专业模拟软件，对复杂工程问题 教学目标4 进行分析，计算与设计。 三、 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、嵌入式系统概述(3学时)（支撑课程目标1、4) 1.1嵌入式系统的基本概念 1.2嵌入式系统的发展、特点和分类 1.3ARM体系结构简介、STM32系列微控制器简介 1.4STM32教学开发板介绍 ☆目标及要求： 1)通过嵌入式系统概述的介绍，使学生掌握嵌入式系统的概念、主要特点、分类和发 展★： 2)了解ARW体系结构和STM32系列微控制器： 3)熟悉STM32教学开发板： 令作业内容： 熟悉STM32教学开发板的电路原理图，各模块的工作原理。 ◇讨论内容： 讨论ARM Cortex-M3系列微处理器的特点和应用，突出嵌入式系统在通信领域和日常 生活中的应用。 令自学拓展： 回顾学过的微机原理与接口技术和数字电路相关知识，复习C语言程序设计方法。 2、STM32MCU的结构与工作原理(6学时)（支撑课程目标1、4) 1.1STM32MCU概述 1.2STM32存储器的组织与映射 1.3STM32MCU的时钟 1.4ST32最小系统 1.5ST32MCU的片上外围资源 ◇目标及要求： 1)通过STM32MCU结构与工作原理的介绍，使得学生掌握其硬件结构，包括CPU组成
二、 课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符合标 准哪几条毕业要求指标点）（1.2， 3.1，5.2） 毕业要求 指标点 课程目标 1、工程知识 1-2 能针对电子信息领域的具体对象建立数 学模型并求解，并具备对工程问题进行软硬 件分析与设计的基本能力。 教学目标 1、2 3、设计/开发解决方 案 3-1 能利用专业知识，根据给定的设计指标， 设计电子信息领域的单元或过程。 教学目标 3 5、使用现代工具 5-2 能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、 工程工具和专业模拟软件，对复杂工程问题 进行分析，计算与设计。 教学目标 4 三、 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、 嵌入式系统概述（3 学时）（支撑课程目标 1、4） 1.1 嵌入式系统的基本概念 1.2 嵌入式系统的发展、特点和分类 1.3 ARM 体系结构简介、STM32 系列微控制器简介 1.4 STM32 教学开发板介绍 目标及要求： 1） 通过嵌入式系统概述的介绍，使学生掌握嵌入式系统的概念、主要特点、分类和发 展； 2） 了解 ARM 体系结构和 STM32 系列微控制器； 3） 熟悉 STM32 教学开发板； 作业内容： 熟悉 STM32 教学开发板的电路原理图，各模块的工作原理。 讨论内容： 讨论 ARM Cortex﹣M3 系列微处理器的特点和应用，突出嵌入式系统在通信领域和日常 生活中的应用。 自学拓展： 回顾学过的微机原理与接口技术和数字电路相关知识，复习 C 语言程序设计方法。 2、 STM32 MCU 的结构与工作原理（6 学时）（支撑课程目标 1、4） 1.1 STM32 MCU 概述 1.2 STM32 存储器的组织与映射 1.3 STM32 MCU 的时钟 1.4 STM32 最小系统 1.5 STM32 MCU 的片上外围资源 目标及要求： 1） 通过 STM32 MCU 结构与工作原理的介绍，使得学生掌握其硬件结构，包括 CPU 组成
与工作方式、存储系统、片内外设和外部引脚等相关知识★： 2)掌握STM32MCU存储器的组织与映射△： 3)了解STM32MCU时钟系统与内部资源： 4)熟悉和掌握STM32MCU最小系统的设计★。 ◇作业内容： 强化STM32MCU最小系统的设计，STM32MCU存储器的组织与映射。 女讨论内容： 讨论STM32MCU三种启动模式对存储器的影响，讨论STM32 Bootloader的作用。 女自学拓展： 回顾所学微机原理与接口技术和数字电路相关知识，查阅ST32MCU数据手册。 3、STM32程序设计(3学时)（支撑课程目标2、4） 1.1嵌入式软件层次结构 1.2 ARM Cortex微控制器软件接口标准 1.3STM32固件库及应用 1.4嵌入式C程序的特点 1.5 ARM Kei1集成开发环境简介 ◇目标及要求： 1)了解嵌入式软件的层次结构： 2)熟悉基于CMSIS标准的软件架构； 3)熟悉和掌握常用的STM32固件函数库及应用★： 4)熟练使用ARM Keil集成开发工具★： 令作业内容： 在KeilμVision4中建立一个工程文件，添加必要的STM32相关文件，编译、运行、 通过。 令讨论内容： 通过嵌入式C程序的特点，讨论软件的代码效率问题，即代码容量大小和代码执行速 度。分析若编程时遇到单片机ROM和RAM不够用时，应如何解决？ ◇自学拓展： 回顾学过的C语言程序设计相关知识，查阅ST公司提供的利用C语言开发ST32固件 库的相关文档。 4、GPI0原理及应用(3学时)（支撑课程目标3、4） 1.1GPI0的硬件结构和功能 1.2GPI0寄存器 1.3GPI0库函数 1.4GPI0应用举例 ☆目标及要求： 1)了解STM32 MCU GPI0端口的硬件结构、主要功能和工作模式★： 2)了解与STM32 MCU GPI0端口相关的寄存器，熟悉其配置流程和配置方法★； 3)熟悉和掌握STM32 MCU GPI0常用库函数的使用： 4)使用STM32 MCU GPI0端口输出控制LED指示灯单灯和多灯闪烁： 令作业内容： 结合STM32 MCU GPI0的相关知识，编写LED指示灯单灯和多灯闪烁程序，在STM32开
与工作方式、存储系统、片内外设和外部引脚等相关知识； 2） 掌握 STM32 MCU 存储器的组织与映射； 3） 了解 STM32 MCU 时钟系统与内部资源； 4） 熟悉和掌握 STM32 MCU 最小系统的设计。 作业内容： 强化 STM32 MCU 最小系统的设计，STM32 MCU 存储器的组织与映射。 讨论内容： 讨论 STM32 MCU 三种启动模式对存储器的影响，讨论 STM32 Bootloader 的作用。 自学拓展： 回顾所学微机原理与接口技术和数字电路相关知识，查阅 STM32 MCU 数据手册。 3、 STM32 程序设计（3 学时）（支撑课程目标 2、4） 1.1 嵌入式软件层次结构 1.2 ARM Cortex 微控制器软件接口标准 1.3 STM32 固件库及应用 1.4 嵌入式 C 程序的特点 1.5 ARM Keil 集成开发环境简介 目标及要求： 1） 了解嵌入式软件的层次结构； 2） 熟悉基于 CMSIS 标准的软件架构； 3） 熟悉和掌握常用的 STM32 固件函数库及应用； 4） 熟练使用 ARM Keil 集成开发工具； 作业内容： 在 Keil μVision4 中建立一个工程文件，添加必要的 STM32 相关文件，编译、运行、 通过。 讨论内容： 通过嵌入式 C 程序的特点，讨论软件的代码效率问题，即代码容量大小和代码执行速 度。分析若编程时遇到单片机 ROM 和 RAM 不够用时，应如何解决？ 自学拓展： 回顾学过的 C 语言程序设计相关知识，查阅 ST 公司提供的利用 C 语言开发 STM32 固件 库的相关文档。 4、 GPIO 原理及应用（3 学时）（支撑课程目标 3、4） 1.1 GPIO 的硬件结构和功能 1.2 GPIO 寄存器 1.3 GPIO 库函数 1.4 GPIO 应用举例 目标及要求： 1） 了解 STM32 MCU GPIO 端口的硬件结构、主要功能和工作模式； 2） 了解与 STM32 MCU GPIO 端口相关的寄存器，熟悉其配置流程和配置方法； 3） 熟悉和掌握 STM32 MCU GPIO 常用库函数的使用； 4） 使用 STM32 MCU GPIO 端口输出控制 LED 指示灯单灯和多灯闪烁； 作业内容： 结合 STM32 MCU GPIO 的相关知识，编写 LED 指示灯单灯和多灯闪烁程序，在 STM32 开
发板上实现LED灯的流水灯效果。 女讨论内容： 讨论当GPI0端口设置为输入时在不同条件下输入模式的选择，当GPI0端口设置为输 出时在不同条件下输出模式的选择和输出速度的选择。 自学拓展： 回顾学过的C语言程序设计的相关知识，复习C语言程序的调试和分析方法。 5、ExIT原理及应用(3学时)（支撑课程目标3、4） 1.1STM32中断通道 1.2ST32中断过程 1.3NVIC硬件结构及软件配置 1.4EXIT硬件结构及软件配置 1.5EXIT应用举例 ◇目标及要求： 1)了解和熟悉STM32MCU中断系统的特点、中断向量表的概念： 2)了解和熟悉ST32MCU中断的过程、中断优先级、中断嵌套的规则★： 3)熟悉和掌握EXTI配置、NWIC配置、中断服务程序的编写，外部中断控制的应用★。 令作业内容： 结合EXIT外部中断知识，编写EXIT外部中断处理程序，在ST32开发板上实现由按 键控制触发外部中断导致LED灯的状态改变。 ◇讨论内容： 讨论ST32中断优先级中占先优先级和副优先级差异与联系，以及优先级的设置：讨 论STM32EXTI中断通道和中断源的映射关系。 ◇自学拓展： 回顾学过的中断服务函数设计的相关知识，体会中断服务函数的调用与普通函数调用 的区别。 6、USART原理及应用(3学时)（支撑课程目标3、4） 1.1 USART功能和结构 1.2 USART帧格式、波特率设置 1.3 USART中断请求 1.4 USART寄存器与库函数 1.5 USART应用举例 女目标及要求： 1)了解和熟悉STM32 MCU USART的特点、功能、结构和工作过程★： 2)熟悉和掌握USART波特率的计算与设置： 3)熟悉和掌握USART寄存器的配置与库函数的使用★： ◇作业内容： 结合USART的知识，编写USART同步/异步串行通信程序，PC上位机通过串口下传一个 字符给STM32开发板，STM32开发板收到后再回传给PC上位机。 令讨论内容： 讨论TTL电平和RS232电平的差异，如何实现TTL和RS232电平之间的转换。 个自学拓展： 回顾学过的数字电路相关知识，复习电平转换、各种接口时序等知识
发板上实现 LED 灯的流水灯效果。 讨论内容： 讨论当 GPIO 端口设置为输入时在不同条件下输入模式的选择，当 GPIO 端口设置为输 出时在不同条件下输出模式的选择和输出速度的选择。 自学拓展： 回顾学过的 C 语言程序设计的相关知识，复习 C 语言程序的调试和分析方法。 5、 EXIT 原理及应用（3 学时）（支撑课程目标 3、4） 1.1 STM32 中断通道 1.2 STM32 中断过程 1.3 NVIC 硬件结构及软件配置 1.4 EXIT 硬件结构及软件配置 1.5 EXIT 应用举例 目标及要求： 1） 了解和熟悉 STM32 MCU 中断系统的特点、中断向量表的概念； 2） 了解和熟悉 STM32 MCU 中断的过程、中断优先级、中断嵌套的规则； 3） 熟悉和掌握 EXTI 配置、NVIC 配置、中断服务程序的编写，外部中断控制的应用。 作业内容： 结合 EXIT 外部中断知识，编写 EXIT 外部中断处理程序，在 STM32 开发板上实现由按 键控制触发外部中断导致 LED 灯的状态改变。 讨论内容： 讨论 STM32 中断优先级中占先优先级和副优先级差异与联系，以及优先级的设置；讨 论 STM32 EXTI 中断通道和中断源的映射关系。 自学拓展： 回顾学过的中断服务函数设计的相关知识，体会中断服务函数的调用与普通函数调用 的区别。 6、 USART 原理及应用（3 学时）（支撑课程目标 3、4） 1.1 USART 功能和结构 1.2 USART 帧格式、波特率设置 1.3 USART 中断请求 1.4 USART 寄存器与库函数 1.5 USART 应用举例 目标及要求： 1） 了解和熟悉 STM32 MCU USART 的特点、功能、结构和工作过程； 2） 熟悉和掌握 USART 波特率的计算与设置； 3） 熟悉和掌握 USART 寄存器的配置与库函数的使用； 作业内容： 结合 USART 的知识，编写 USART 同步/异步串行通信程序，PC 上位机通过串口下传一个 字符给 STM32 开发板，STM32 开发板收到后再回传给 PC 上位机。 讨论内容： 讨论 TTL 电平和 RS232 电平的差异，如何实现 TTL 和 RS232 电平之间的转换。 自学拓展： 回顾学过的数字电路相关知识，复习电平转换、各种接口时序等知识
7、定时器原理及应用(3学时)（支撑课程目标3、4） 1.1ST32定时器概述 1.2通用定时器TIMx功能和结构 1.3通用定时器TIMx寄存器和库函数 1.4通用定时器TIMx应用举例 ◇目标及要求： 1)了解和掌握STM32通用定时器的功能、结构与工作原理： 2)了解和掌握定时器寄存器的配置，定时时间的计算★： 3)了解和掌握定时器中断、定时器的计数模式★： 4)掌握STM32通用定时器的编程与应用。 ◇作业内容： 结合ST32通用定时器知识，编写定时器TIM2中断处理程序，在STM32开发板实现： 利用定时器TIM2产生中断，在中断服务程序中，LED指示灯以2Hz频率闪烁。 ☆讨论内容： 引入STM32定时器PWM的概念，讨论PWM的用途，如何编程实现PWM输出。 ◇自学拓展： 回顾微机原理与接口技术的相关知识，讨论如何利用STM32通用定时器实现电子时钟 的设计。 8、ADC原理及应用(3学时)（支撑课程目标3、4） 1.1ADC的功能及结构 1.2ADC的工作模式与中断 1.3ADC寄存器和库函数 1.4ADC应用举例 ◇目标及要求： 1)了解和掌握ST32ADC的硬件结构与工作原理： 2)了解和掌握STM32ADC的基本参数、功能与工作模式★： 3)了解和掌握ADC初始化配置、ADC中断与ADC编程★： ◇作业内容： 结合STM32ADC知识，在STM32开发板实现：在PB0端口连接一个可变电阻器，改变 分压值，编写ADC程序，每隔100ms读取一次ADC转换的结果，显示在显示器上。 女讨论内容： 讨论STM32内部温度传感器的特点与结构，如何编程实现环境温度的检测。 令自学拓展： 回顾微机原理与接口技术的相关知识，讨论如何利用STM32ADC进行数据采集系统的 设计。 9、实验（27学时)（支撑课程目标1,2,3,4） 序 实验项目 学时 实验 每组 必修/ 号 名称 目的要求 分配 类型 人数 选修 STM32程序 熟悉STM32教学开发板，熟悉STM32基本 的编写、调 固件库的应用，熟悉ST32软件开发环境， 3 验证性 1 必修 试和分析 用C语言编写并调试STM32程序
7、 定时器原理及应用（3 学时）（支撑课程目标 3、4） 1.1 STM32 定时器概述 1.2 通用定时器 TIMx 功能和结构 1.3 通用定时器 TIMx 寄存器和库函数 1.4 通用定时器 TIMx 应用举例 目标及要求： 1） 了解和掌握 STM32 通用定时器的功能、结构与工作原理； 2） 了解和掌握定时器寄存器的配置，定时时间的计算； 3） 了解和掌握定时器中断、定时器的计数模式； 4） 掌握 STM32 通用定时器的编程与应用。 作业内容： 结合 STM32 通用定时器知识，编写定时器 TIM2 中断处理程序，在 STM32 开发板实现： 利用定时器 TIM2 产生中断，在中断服务程序中，LED 指示灯以 2Hz 频率闪烁。 讨论内容： 引入 STM32 定时器 PWM 的概念，讨论 PWM 的用途，如何编程实现 PWM 输出。 自学拓展： 回顾微机原理与接口技术的相关知识，讨论如何利用 STM32 通用定时器实现电子时钟 的设计。 8、 ADC 原理及应用（3 学时）（支撑课程目标 3、4） 1.1 ADC 的功能及结构 1.2 ADC 的工作模式与中断 1.3 ADC 寄存器和库函数 1.4 ADC 应用举例 目标及要求： 1）了解和掌握 STM32 ADC 的硬件结构与工作原理； 2）了解和掌握 STM32 ADC 的基本参数、功能与工作模式； 3）了解和掌握 ADC 初始化配置、ADC 中断与 ADC 编程； 作业内容： 结合 STM32 ADC 知识，在 STM32 开发板实现：在 PB0 端口连接一个可变电阻器，改变 分压值，编写 ADC 程序，每隔 100ms 读取一次 ADC 转换的结果，显示在显示器上。 讨论内容： 讨论 STM32 内部温度传感器的特点与结构，如何编程实现环境温度的检测。 自学拓展： 回顾微机原理与接口技术的相关知识，讨论如何利用 STM32 ADC 进行数据采集系统的 设计。 9、 实验（27 学时）（支撑课程目标 1，2，3，4） 序 号 实验项目 名称 目的要求 学时 分配 实验 类型 每组 人数 必修/ 选修 1 STM32 程序 的编写、调 试和分析 熟悉 STM32 教学开发板，熟悉 STM32 基本 固件库的应用，熟悉 STM32 软件开发环境， 用 C 语言编写并调试 STM32 程序。 3 验证性 1 必修