XX大學(xué)課程教案（2022—2023學(xué)年第2學(xué)期）課程名稱：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)任課教師：XXX教師XXXX學(xué)院

周次日期第1周，第1次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱第1章緒論 （3學(xué)時(shí)）1.1嵌入式系統(tǒng) 1.1.1嵌入式系統(tǒng)概述 1.1.2嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較 1.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 1.2嵌入式系統(tǒng)的組成 1.3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 1.3.1實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念 1.3.2實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本特征 1.3.3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)性能的衡量指標(biāo) 1.3.4實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類 1.4嵌入式系統(tǒng)的軟件 1.4.1無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件 1.4.2帶操作系統(tǒng)的嵌入式軟件 1.4.3嵌入式操作系統(tǒng)的分類 1.4.4嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的功能 1.4.5典型嵌入式操作系統(tǒng) 1.4.6軟件架構(gòu)選擇建議 1.5嵌入式系統(tǒng)的分類 1.5.1按應(yīng)用對(duì)象的分類 1.5.2按功能和性能的分類 1.5.3按結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的分類 1.6嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 教學(xué)目標(biāo)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的組成 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念 嵌入式系統(tǒng)的軟件 嵌入式系統(tǒng)的分類 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析1、先修課程：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、模擬電路、數(shù)字電路2、后續(xù)課程：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能控制、人工智能教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)第1章緒論本章對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了概述，介紹了嵌入式系統(tǒng)的組成、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的軟件、嵌入式系統(tǒng)的分類、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、嵌入式系統(tǒng)的體系、嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。1.1嵌入式系統(tǒng)1.1.1嵌入式系統(tǒng)概述1.1.2嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的共同點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不同點(diǎn)1.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)專用性強(qiáng)可裁剪性實(shí)時(shí)性好可靠性高體積小、功耗低注重制造成本生命周期長(zhǎng)不可壟斷性1.2嵌入式系統(tǒng)的組成1.3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)1.3.1實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念1.3.2實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本特征實(shí)時(shí)性可靠性可確定性容錯(cuò)性1.3.3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)性能的衡量指標(biāo)1.3.4實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)1.3.5POSIX標(biāo)準(zhǔn)1.3.6實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的典型應(yīng)用1.4嵌入式系統(tǒng)的軟件1.4.1無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件1.4.2帶操作系統(tǒng)的嵌入式軟件1.4.3嵌入式操作系統(tǒng)的分類嵌入式非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)1.4.4嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的功能任務(wù)管理任務(wù)同步與通信機(jī)制內(nèi)存管理4.中斷管理1.4.5典型嵌入式操作系統(tǒng)華為L(zhǎng)iteOS華為HarmonyOS（HongmengOS，鴻蒙OS）阿里AliOSThings翼輝SylixOS睿賽德RT-ThreadμC/OS-II嵌入式LinuxVxWorksAndroidWindowsCE1.4.6軟件架構(gòu)選擇建議1.5嵌入式系統(tǒng)的分類1.5.1按應(yīng)用對(duì)象的分類1.5.2按功能和性能的分類1.5.3按結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的分類1.6嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域提問：什么是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？課后小結(jié)，總結(jié)第一次課的內(nèi)容，重復(fù)重點(diǎn)核心內(nèi)容，加深印象，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有哪些基本特征？無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件包括哪幾層？學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“Arm嵌入式系統(tǒng)“教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本節(jié)課講述了“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用”課程第一章內(nèi)容緒論。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第1周，第2次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱1.7嵌入式系統(tǒng)的體系 1.7.1硬件架構(gòu) 1.7.2軟件層次 1.8嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 1.8.1嵌入式系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 1.8.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 1.8.3嵌入式系統(tǒng)的軟／硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù) 1.9嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展 1.9.1嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1.9.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 第2章嵌入式微處理器 （2學(xué)時(shí)）2.1Arm嵌入式微處理器簡(jiǎn)介 2.1.1Arm處理器的特點(diǎn) 2.1.2Arm體系結(jié)構(gòu)的版本和系列 2.1.3Arm處理器系列 2.1.4Arm的RISC結(jié)構(gòu)特性 2.1.5ArmCortex-M處理器 2.2嵌入式微處理器分類和特點(diǎn) 2.2.1嵌入式微處理器 2.2.2嵌入式微控制器 2.2.3嵌入式DSP 2.2.4嵌入式SoC 教學(xué)目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的體系嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展Arm嵌入式微處理器嵌入式微處理器分類和特點(diǎn)教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)1.7嵌入式系統(tǒng)的體系1.7.1硬件架構(gòu)1.7.2軟件層次設(shè)備驅(qū)動(dòng)層2.OS層3.應(yīng)用層1.8嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法1.8.1嵌入式系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)硬件層中間層軟件層功能層1.8.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程1．需求分析2.體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.軟／硬件設(shè)計(jì)4.系統(tǒng)集成和代碼固化1.8.3嵌入式系統(tǒng)的軟／硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)的每個(gè)層次上給以測(cè)試驗(yàn)證，使得盡早發(fā)現(xiàn)和解決問題，避免災(zāi)難性錯(cuò)誤的出現(xiàn)。1.9嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展1.9.1嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程以單板機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)階段以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)階段以多類嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)階段面向互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)階段1.9.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)更智能嵌入式人工智能更實(shí)時(shí)的連接－嵌入式系統(tǒng)與5G技術(shù)的融合更安全——嵌入式系統(tǒng)安全更豐富的形態(tài)——嵌入式系統(tǒng)虛擬化第2章嵌入式微處理器本章對(duì)對(duì)嵌入式微處理器進(jìn)行了概述，介紹了ARM嵌入式處理器、嵌入式微處理器分類和特點(diǎn)、-M3、。2.1ARM嵌入式微處理器簡(jiǎn)介ARM（AdvancedRISCMachine）既是一個(gè)公司的名字，也是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。ARM系列處理器是由英國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)的，是全球最成功的RISC（ReducedInstructionSetComputer，精簡(jiǎn)指令集）計(jì)算機(jī)。1990年，ARM公司從劍橋的Acorn獨(dú)立出來并上市；1991年，ARM公司設(shè)計(jì)出全球第一款RISC處理器。從此以后，ARM處理器被授權(quán)給眾多半導(dǎo)體制造廠，成為了低功耗和低成本的嵌入式應(yīng)用的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。ARM公司是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IntellectualPropertyIP）提供商，與一般的公司不同，ARM公司既不生產(chǎn)芯片，也不銷售芯片，而是設(shè)計(jì)出高性能、低功耗、低成本和高可靠性的IP內(nèi)核，如ARM7TDMI、ARM9TDMI、ARM10TDMI等，授權(quán)給各半導(dǎo)體公司使用。半導(dǎo)體公司在授權(quán)付費(fèi)使用ARM內(nèi)核的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己公司的定位和各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，添加適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的嵌入式微處理器或微控制器芯片產(chǎn)品。目前，幾乎絕大多數(shù)的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，如Intel、IBM、三星、德州儀器、飛思卡爾（Freescale）、恩智浦（NXP）、意法半導(dǎo)體等。這樣既使ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、硬件、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。ARM公司利用這種雙贏的伙伴關(guān)系迅速成為全球性RISC微處理器標(biāo)準(zhǔn)的締造者。ARM嵌入式處理器有著非常廣泛的嵌入式系統(tǒng)支持，如WindowsCE、μC/OS-II、μCLinux、VxWorks、μTenux等。2.1.1ARM處理器的特點(diǎn)因?yàn)锳RM處理器采用RISC結(jié)構(gòu)，所以它具有RISC架構(gòu)的一些經(jīng)典特點(diǎn)。（1）體積小、功耗低、成本低、性能高。（2）支持Thumb（16位）／ARM（32位）雙指令集，能很好地兼容8位／16位器件。（3）大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。（4）大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。（5）尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高。（6）內(nèi)含嵌入式在線仿真器。基于ARM處理器具有上述特點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域。（1）為通信、消費(fèi)電子、成像設(shè)備等產(chǎn)品，提供可運(yùn)行復(fù)雜操作系統(tǒng)的開放應(yīng)用平臺(tái)。（2）在海量存儲(chǔ)、汽車電子、工業(yè)控制和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等領(lǐng)域，提供實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用。（3）在軍事、航天等領(lǐng)域，提供寬溫、抗電磁干擾、耐腐蝕的復(fù)雜嵌入式應(yīng)用。2.1.2ARM體系結(jié)構(gòu)的版本和系列ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)ARM體系結(jié)構(gòu)是CPU產(chǎn)品所使用的一種體系結(jié)構(gòu)，ARM公司開發(fā)了一套擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RISC體系結(jié)構(gòu)的指令集。每個(gè)ARM處理器都有一個(gè)特定的指令集架構(gòu)，而一個(gè)特定的指令集架構(gòu)又可以由多種處理器實(shí)現(xiàn)。自從第1個(gè)ARM處理器芯片誕生至今，ARM公司先后定義了8個(gè)ARM體系結(jié)構(gòu)版本，分別命名為V1～V8；此外還有基于這些體系結(jié)構(gòu)的變種版本。版本V1～V3已經(jīng)被淘汰，目前常用的是V4～V8版本，每一個(gè)版本均集成了前一個(gè)版本的基本設(shè)計(jì)，但性能有所提高或功能有所擴(kuò)充，并且指令集向下兼容。ARM體系結(jié)構(gòu)版本的變種ARM處理器在制造過程中的具體功能要求往往會(huì)與某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ARM體系結(jié)構(gòu)不完全一致，有可能根據(jù)實(shí)際需求增加或減少一些功能。表2-1給出了ARM體系結(jié)構(gòu)版本的變量后綴。表2-1ARM體系結(jié)構(gòu)版本的變量后綴變量后綴國(guó)內(nèi)描述TThumb指令集，Thumb指令長(zhǎng)度為16位，目前有兩個(gè)版本：Thumb1用于ARMV4的T變種，Thumb2用于ARMV5以上的版本D含有JTAG調(diào)試，支持片上調(diào)試M內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier），提供用于進(jìn)行長(zhǎng)乘法操作的ARM指令，產(chǎn)生全64位結(jié)果I嵌入式ICE，用于實(shí)現(xiàn)片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持E增強(qiáng)型DSP指令，增加了新的16位數(shù)據(jù)乘法與乘加操作指令，加減法指令可以實(shí)現(xiàn)飽和的帶符號(hào)數(shù)的加減法操作JJava加速器Jazelle，與一般的Java虛擬機(jī)相比，它將Java代碼運(yùn)行速度提高了8倍，而功耗降低了80％F向量浮點(diǎn)單元S可綜合版本ARM處理器的命名規(guī)則一般ARM處理器內(nèi)核都有一個(gè)規(guī)范的名稱，該名稱概括地表明了內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)和功能特性。2.1.3ARM處理器系列ARM十幾年如一日地開發(fā)新的處理器內(nèi)核和系統(tǒng)功能塊，其功能不斷進(jìn)化，處理水平持續(xù)提高。根據(jù)功能／性能指標(biāo)和應(yīng)用方向，開發(fā)出多個(gè)內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)了處理器內(nèi)核的系列化。下面按照內(nèi)核體系分別介紹ARM處理器的產(chǎn)品。ARM7系列ARM7內(nèi)核采用馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)和指令使用同一條總線。內(nèi)核有一條3級(jí)流水線，執(zhí)行ARMV4指令集。ARM7系列處理器主要用于對(duì)功耗和成本要求比較苛刻的消費(fèi)類產(chǎn)品。其最高主頻可以到達(dá)130MIPS（MIPS指每秒執(zhí)行的百萬條指令數(shù)）。ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S和ARM720T4種類型，主要用于適應(yīng)不同的市場(chǎng)需求。ARM7系列處理器主要具有以下特點(diǎn)。（1）具有32位RISC處理器。（2）最高主頻達(dá)130MIPS。（3）功耗低。（4）代碼密度高，兼容16位微處理器。（5）開發(fā)工具多、EDA仿真模型多。（6）調(diào)試機(jī)制完善。（7）提供0.25μm、0.18μm及0.13μm的生產(chǎn)工藝。（8）代碼與ARM9系列、ARM9E系列以及ARM10E系列兼容。ARM7系列包含ARM7EJ-S、ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T。它們屬于低端的ARM微處理器核，在工業(yè)控制器、MP3播放器、噴墨打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器以及早期的移動(dòng)通信設(shè)備等產(chǎn)品中使用。典型的ARM7系列微處理器芯片有三星公司的S3C44B0、恩智浦公司的LPC2131和Atmel公司的AT91SAM7S/256等。ARM9/9E系列ARM9系列發(fā)布于1997年，由于采用了5級(jí)指令流水線，ARM9處理器能夠運(yùn)行在比ARM7更高的時(shí)鐘頻率上，改善了處理器的整體性能；存儲(chǔ)器系統(tǒng)根據(jù)哈佛體系結(jié)構(gòu)（程序和數(shù)據(jù)空間獨(dú)立的體系結(jié)構(gòu)）重新設(shè)計(jì)，區(qū)分了數(shù)據(jù)總線和指令總線。ARM9系列包含ARM922T、ARM926EJ-S、ARM940T、ARM946E-S、ARM966E-S等多種類型的微處理器核。典型的ARM9系列微處理器芯片有三星公司的S3C2410、S3C2440以及恩智浦公司的LPC2900和Atmel公司的AT91RM9200等。ARM10系列ARM10發(fā)布于1999年，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)。它將ARM9的流水線擴(kuò)展到6級(jí)，也支持可選的向量浮點(diǎn)單元（VFP），對(duì)ARM10的流水線加入了第7段。VFP明顯增強(qiáng)了浮點(diǎn)運(yùn)算性能，并與IEEE754.1985浮點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)兼容。ARM10E系列處理器采用了新的節(jié)能模式，提供了64位的Load/Store體系，支持包括向量操作的滿足IEEE754的浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器，系統(tǒng)集成更加方便，擁有完整的硬件和軟件開發(fā)工具。ARM10E系列包括ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三種類型。ARM11系列ARM1136J-S發(fā)布于2003年，是針對(duì)高性能和高能效應(yīng)而設(shè)計(jì)的。ARM1136J-S是第一個(gè)執(zhí)行ARMV6架構(gòu)指令的處理器。它集成了一條具有獨(dú)立的Load/Stroe和算術(shù)流水線的8級(jí)流水線。ARMV6指令包含了針對(duì)多媒體處理的單指令流多數(shù)據(jù)流擴(kuò)展，采用特殊的設(shè)計(jì)改善視頻處理能力。ARM11系列包含ARM1136J-S、ARM1136JF-S、ARM1156T2（F）－S、ARM1176JZ（F）－S、ARM11MPCore等。典型的ARM11系列微處理器芯片有三星公司的S3C6410和飛思卡爾公司的i.MX35系列的微處理器等。SecurCore系列SecurCore系列處理器提供了基于高性能的32位RISC技術(shù)的安全解決方案。SecurCore系列處理器除了具有體積小、功耗低、代碼密度高等特點(diǎn)外，還具有它自己特有的特點(diǎn)。（1）支持ARM指令集和Thumb指令集，以提高代碼密度和系統(tǒng)性能。（2）采用軟內(nèi)核技術(shù)以提供最大限度的靈活性，可以防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)。（3）提供了安全特性，可以抵制攻擊。（4）提供面向智能卡和低成本的存儲(chǔ)保護(hù)單元MPU。（5）可以集成用戶自己的安全特性和其他的協(xié)處理器。SecurCore系列包含SC100、SC110、SC200和SC210四種類型。Cortex系列2006年ARM公司推出了基于ARMV7架構(gòu)的Cortex系列的標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，從而滿足各種技術(shù)的不同性能要求。Cortex系列明確地分為A、R、M三個(gè)系列。ARMCortex-A系列處理器主要用于具有高計(jì)算要求、運(yùn)行豐富的操作系統(tǒng)及提供交互媒體和圖形體驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能手機(jī)、平板電腦、汽車娛樂系統(tǒng)、數(shù)字電視等。ARMCortex-R系列處理器屬于面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的高性能處理器系列，主要用于硬盤控制器、汽車傳動(dòng)系統(tǒng)、無線通信的基帶控制、大容量存儲(chǔ)控制器等深層嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用。ARMCortex-M系列處理器主要針對(duì)低成本和功耗敏感的應(yīng)用，如智能測(cè)量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械。2.1.4ARMCortex-M處理器Cortex-M處理器家族更多地集中在低性能端，但是這些處理器相比于許多傳統(tǒng)微控制器性能仍然更為強(qiáng)大。例如，Cortex-M4和Cortex-M7處理器應(yīng)用在許多高性能的微控制器產(chǎn)品中，最大的時(shí)鐘頻率可以達(dá)到400MHz。表2-2所示是ARMCortex-M處理器家族。表2-2ARMCortex-M處理器家族處理器描述Cortex-M0面向低成本、超低功耗的微控制器和深度嵌入式應(yīng)用的非常小的處理器Cortex-M0+針對(duì)小型嵌入式系統(tǒng)的最高能效的處理器，與Cortex-MO處理器的尺寸和編程模式接近，但是具有擴(kuò)展功能，如單周期I/O接口和向量表重定位功能Cortex-M1針對(duì)FPGA設(shè)計(jì)優(yōu)化的小處理器，利用FPGA上的存儲(chǔ)器塊實(shí)現(xiàn)了緊耦合內(nèi)存（TCM），和Cortex-M0有相同的指令集Cortex-M3針對(duì)低功耗微控制器設(shè)計(jì)的處理器，面積小但是性能強(qiáng)勁，支持可快速處理復(fù)雜任務(wù)的豐富指令集。具有硬件除法器和乘加指令（MAC），并且M3支持全面的調(diào)試和跟蹤功能，使軟件開發(fā)者可以快速地開發(fā)他們的應(yīng)用Cortex-M4不但具備Cortex-M3的所有功能，并且擴(kuò)展了面向數(shù)字信號(hào)處理的指令集，如單指令多數(shù)據(jù)指令和更快的單周期MAC操作。此外，它還有一個(gè)可選的支持IEEE754浮點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元Cortex-M7針對(duì)高端微控制器和數(shù)據(jù)處理密集的應(yīng)用開發(fā)的高性能處理器。具備Cortex-M4支持的所有指令功能，擴(kuò)展支持雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，并且具備擴(kuò)展的存儲(chǔ)器功能，如Cache和緊耦合存儲(chǔ)器Cortex-M23面向超低功耗、低成本應(yīng)用設(shè)計(jì)的小尺寸處理器，和Cortex-M0相似，但是支持各種增強(qiáng)的指令集和系統(tǒng)層面的功能特性。M23還支持TrustZone安全擴(kuò)展Cortex-M33主流的處理器設(shè)計(jì)，與之前的Cortex-M3和Cortex-M4處理器類似，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活，能耗比更高效，性能更高。M33還支持TrustZone安全擴(kuò)展相比于老的ARM處理器（例如，ARM7TDMI、ARM9），Cortex-M處理器有一個(gè)非常不同的架構(gòu)。例如：（1）僅支持ARMThumb指令，已擴(kuò)展到同時(shí)支持16位和32位指令Thumb-2版本。（2）內(nèi)置的嵌套向量中斷控制負(fù)責(zé)中斷處理，自動(dòng)處理中斷優(yōu)先級(jí)、中斷屏蔽、中斷嵌套和系統(tǒng)異常。2.2嵌入式微處理器的分類和特點(diǎn)2.2.1嵌入式微處理器2.1.2嵌入式微控制器2.2.3嵌入式DSP2.2.4嵌入式SoC2.2.5嵌入式微處理器的特點(diǎn)學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“嵌入式微處理器”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本節(jié)課講述了第二章內(nèi)容“嵌入式微處理器”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第2周，第3次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱2.3Cortex-M3嵌入式微處理器 2.3.1Arm概述 2.3.2CISC和RISC 2.3.3Arm架構(gòu)的演變 2.3.4Arm體系結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 2.3.5Cortex-M系列處理器 2.3.6Cortex-M3處理器的主要特性 2.3.7Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu) 2.3.8存儲(chǔ)器系統(tǒng) 2.4ArmCortet-M3的調(diào)試 第3章STM32系列微控制器（3學(xué)時(shí)） 3.1STM32微控制器概述 3.1.1STM32微控制器產(chǎn)品介紹 3.1.2STM32系統(tǒng)性能分析 3.1.3STM32微控制器的命名規(guī)則 3.1.4STM32微控制器的選型 3.2STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)架和STM32F103ZET6內(nèi)部架構(gòu) 3.2.1STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu) 3.2.2STM32F103ZET6的內(nèi)部架構(gòu) 教學(xué)目標(biāo)Cortex-M3嵌入式微處理器ArmCortet-M3的調(diào)試 STM32微控制器概述STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)架和STM32F103ZET6內(nèi)部架構(gòu)教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)了解嵌入式系統(tǒng)基本概念。學(xué)生已經(jīng)了解實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)2.3-M3嵌入式微處理器2.3.1ARM概述1.高性能2.先進(jìn)的中斷處理功能3.低功耗4.系統(tǒng)特性5.調(diào)試支持2.3.2CISC和RISCCISC機(jī)器RISC機(jī)器RISC和CISC比較2.3.3ARM架構(gòu)的演變圖2-2ARM架構(gòu)的發(fā)展歷程處理器2.3.4ARM體系結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2.3.5Cortex-M系列處理器Cortex-M系列處理器應(yīng)用主要集中在低性能端領(lǐng)域，但是這些處理器相比于傳統(tǒng)處理器（如8051處理器、AVR處理器等）性能仍然很強(qiáng)大，不僅具備強(qiáng)大的控制功能、豐富的片上外設(shè)、靈活的調(diào)試手段，一些處理器還具備一定的DSP運(yùn)算能力（如Cortex-M4處理器和Cortex1.Cortex-M系列處理器的特征Cortex-M系列處理器的特征如下：Cortex-M3指令集Cortex-M4指令集2.3.6Cortex-M3處理器的主要特性三級(jí)流水線和分支預(yù)測(cè)哈佛結(jié)構(gòu)內(nèi)置嵌套向量中斷控制器支持位綁定操作支持串行調(diào)試（SWD）支持低功耗模式擁有高效的Thumb216/32位混合指令集32位硬件除法和單周期乘法支持存儲(chǔ)器非對(duì)齊模式訪問內(nèi)部定義了統(tǒng)一的存儲(chǔ)器映射極高的性價(jià)比2.3.7Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu)2.3.8存儲(chǔ)器系統(tǒng)1.存儲(chǔ)器系統(tǒng)的功能2.存儲(chǔ)器映射3.存儲(chǔ)器的各種訪問屬性4.存儲(chǔ)器的默認(rèn)訪問許可5.位帶操作第3章STM32系列微控制器本章對(duì)STM32微控制器進(jìn)行了概述，介紹了STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)架和STM32F103ZET6內(nèi)部結(jié)構(gòu)、STM32F103ZET6的存儲(chǔ)器映像、學(xué)習(xí)STM32的方法3.1STM32微控制器概述1．先進(jìn)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)2.三種功耗控制3.最大程度集成整合4.出眾及創(chuàng)新的外設(shè)3.1.1STM32微控制器產(chǎn)品介紹圖3-1STM32產(chǎn)品線圖STM32F1系列（主流類型）2.STM32F4系列（高性能類型）3.STM32F7系列（高性能類型）4.STM32L1系列（超低功耗類型）3.1.2STM32微控制器的命名規(guī)則產(chǎn)品系列名產(chǎn)品類型名產(chǎn)品子系列名引腳數(shù)Flash存儲(chǔ)器容量封裝方式溫度范圍圖3-2STM32F103微控制器命名規(guī)則圖3-3STM32F103xx閃存容量、封裝及型號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系3.1.3STM32微控制器的選型ARM技術(shù)發(fā)源于國(guó)外，但通過我們研究人員十幾年的研究和開發(fā)，我國(guó)的ARM微控制器技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)品牌已獲得了較高的市場(chǎng)占有率，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也在逐步發(fā)展壯大之中。3.2STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)架和STM32F103ZET6S3.2.1STM32F1系列產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)STM32F1STM32F13.2.2STM32F103ZET6的內(nèi)部架構(gòu)STM32F103ZET6學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“STM32系列微控制器”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本節(jié)課講述了第三章內(nèi)容“STM32系列微控制器”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第2周，第4次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱3.3STM32F103ZET6的存儲(chǔ)器映像 3.3.1STM32F103ZET6內(nèi)置外設(shè)的地址范圍 3.3.2嵌入式SRAM 3.3.3嵌入式閃存 3.4STM32F103微控制器的安全特性 3.4.1STM32F103微控制器的看門狗 3.4.2電源檢測(cè) 3.4.3時(shí)鐘安全系統(tǒng) 3.5STM32F103微控制器的啟動(dòng)過程 3.6STM32F103ZET6的時(shí)鐘結(jié)構(gòu) 3.7STM32F103VET6的引腳 3.8STM32F103VET6最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 教學(xué)目標(biāo)STM32F103ZET6的存儲(chǔ)器映像STM32F103微控制器的安全特性STM32F103微控制器的啟動(dòng)過程 STM32F103ZET6的時(shí)鐘結(jié)構(gòu) STM32F103VET6的引腳 STM32F103VET6最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)3.3STM32F103ZET6的存儲(chǔ)器映像STM32F103ZET63.3.1STM32F103ZET6內(nèi)置外設(shè)的地址范圍表3-1STM32F103ZET6中內(nèi)置外設(shè)的地址范圍地址范圍外設(shè)所在總線0x50000000~0x5003FFFFUSBOTG全速AHB0x40028000~0x40029FFF以太網(wǎng)0x40023000~0x400233FFCRCAHB0x40022000~0x400223FF閃存存儲(chǔ)器接口0x40021000~0x400213FF復(fù)位和時(shí)鐘控制（RCC）0x40020400~0x400207FFDMA20x40020000~0x400203FFDMA10x40018000~0x400183FFSDIO0x40013C00~0x40013FFFADC3APB20x40013800~0x40013BFFUSART10x40013400~0x400137FFTIM8定時(shí)器0x40013000~0x400133FFSPI10x40012C00~0x40012FFFTIM1定時(shí)器0x40012800~0x40012BFFADC20x40012400~0x400127FFADC10x40012000~0x400123FFGPIO端口G0x40011C00~0x40011FFFGPIO端口F0x40011800~0x40011BFFGPIO端口E0x40011400~0x400117FFGPIO端口D0x40011000~0x400113FFGPIO端口C0x40010C00~0x40010FFFGPIO端口B0x40010800~0x40010BFFGPIO端口A0x40010400~0x400107FFEXTI0x40010000~0x400103FFAFIO0x40007400~0x400077FFDACAPB10x40007000~0x400073FF電源控制（PWR）0x40006C00~0x40006FFF后備寄存器（BKR）0x40006400~0x400067FFbxCAN0x40006000~0x400063FFUSB/CAN共享的512BSRAM0x40005C00~0x40005FFFUSB全速設(shè)備寄存器0x40005800~0x40005BFFI2C20x40005400~0x400057FFI2C10x40005000~0x400053FFUART50x40004C00~0x40004FFFUART40x40004800~0x40004BFFUSART30x40004400~0x400047FFUSART20x40003C00~0x40003FFFSPI3/I2S30x40003800~0x40003BFFSPI2/I2S20x40003000~0x400033FF獨(dú)立看門狗（IWDG）0x40002C00~0x40002FFF窗口看門狗（WWDG）0x40002800~0x40002BFFRTC0x40001400~0x400017FFTIM7定時(shí)器0x40001000~0x400013FFTIM6定時(shí)器0x40000C00~0x40000FFFTIM5定時(shí)器0x40000800~0x40000BFFTIM4定時(shí)器0x40000400~0x400007FFTIM3定時(shí)器0x40000000~0x400003FFTIM2定時(shí)器3.3.2嵌入式SRAM3.3.3嵌入式閃存表3-2閃存模塊的組織模塊名稱地址大小/B主存儲(chǔ)塊頁(yè)00x08000000~0x080007FF2K頁(yè)10x08000800~0x08000FFF2K頁(yè)20x08001000~0x080017FF2K頁(yè)30x08001800~0x08001FFF2K.........頁(yè)2550x0807F800~0x0807FFFF2K信息塊系統(tǒng)存儲(chǔ)器0x1FFFF000~0x1FFFF7FF2K選擇字節(jié)0x1FFFF800~0x1FFFF80F16閃存存儲(chǔ)器接口寄存器FLASH_ACR0x40022000~0x400220034FLASH_KEYR0x40022004~0x400220074FLASH_OPTKEYR0x40022008~0x4002200B4FLASH_SR0x4002200C~0x4002200F4FLASH_CR0x40022010~0x400220134FLASH_AR0x40022014~0x400220174保留0x40022018~0x4002201B4FLASH_OBR0x4002201C~0x4002201F4FLASH_WRPR0x40022020~0x4002202343.4STM32F103ZET6的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)STM32STM32HSE時(shí)鐘HSI時(shí)鐘PLLLSE時(shí)鐘LSI時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK）選擇RTC時(shí)鐘看門狗時(shí)鐘時(shí)鐘輸出3.5STM32F103VET6的引腳STM32F103VET63.6STM32F103VET6最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)位電路晶體振蕩電路啟動(dòng)設(shè)置電路JTAG接口電路流水燈電路通過簡(jiǎn)單嵌入式實(shí)例應(yīng)用引出通用目的輸入輸出口概念并理解其重要性。實(shí)例講解：以一個(gè)具體項(xiàng)目功能，配置每一寄存器。演示法：由教師進(jìn)行寄存器版LED項(xiàng)目演示。學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“通用目的輸入輸出口”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本節(jié)課講述了第三章內(nèi)容“STM32系列微控制器”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第3周，第5次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱第4章嵌入式開發(fā)平臺(tái)的搭建 （2學(xué)時(shí)）4.1KeilMDK5安裝配置 4.1.1Keil簡(jiǎn)介 4.1.2Keil下載 4.1.3MDK安裝 4.1.4安裝庫(kù)文件 4.2KeilMDK下新工程的創(chuàng)建 4.2.1建立文件夾 4.2.2打開KeiluVision 4.2.3新建工程 4.3Cortex-M3微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)CMSIS 4.3.1CMSIS介紹 4.3.2STM32F10x標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù) 4.4STM32F103開發(fā)板的選擇 4.5STM32仿真器的選擇 教學(xué)目標(biāo)KeilMDK5安裝配置KeilMDK下新工程的創(chuàng)建Cortex-M3微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)CMSISSTM32F103開發(fā)板的選擇 STM32仿真器的選擇教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)第4章嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建本章講述了嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建，包括KeilMDK5安裝配置、KeilMDK下新工程的創(chuàng)建、Cortex-M3微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)CMSIS、STM32F103開發(fā)板的選擇和STM32仿真器的選擇。4.1KeilMDK5安裝配置4.1.1KeilMDK簡(jiǎn)介4.1.2Keil下載1.打開官方網(wǎng)站，單擊下載MDK2.按照要求填寫信息，并單擊Submit3.單擊MDKxxx.exe下載MDKxxx.exe下載界面如圖4-3所示。這里下載的是MDK536.exe，等待下載完成。圖4-3.exe下載界面4.1.3MDK安裝1.雙擊安裝文件2.MDK安裝過程安裝界面如圖4-5所示。表4-1KeilμVision5功能限制特性Lite輕量版Essential基本版Plus升級(jí)版Professional專業(yè)版帶有包安裝器的μVision?IDE√√√√帶源代碼的CMSISRTX5RTOS√√√√調(diào)試器32KB√√√C/C++Arm編譯器32KB√√√中間件：IPv4網(wǎng)絡(luò)，USB設(shè)備，文件系統(tǒng)，圖形√√TüVSüD認(rèn)證的Arm編譯器和功能安全認(rèn)證套件√中間件：IPv6網(wǎng)絡(luò)，USB主設(shè)備，IoT連接√固定虛擬平臺(tái)模型√快速模型連接√ARM處理器支持Cortex-M0/MO+/M3/M4/M7√√√√Cortex-M23/M33非安全√√√Cortex-M23/M33安全/非安全√√ARM7，ARM9，Cortex-R4，SecurCoreR?SC000，SC300√√ARMv8-M架構(gòu)√4.1.4安裝庫(kù)文件4.2KeilMDK下新工程的創(chuàng)建創(chuàng)建一個(gè)新工程，對(duì)STM32的GPIO功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試。4.2.1建立文件夾建立文件夾GPIO_TEST，來存放整個(gè)工程項(xiàng)目。在GPIO_TEST工程目錄下，建立四個(gè)文件夾來存放不同類別的文件，工程目錄如圖4-11所示。圖4-11工程目錄圖中4個(gè)文件夾存放文件類型如下：lib：存放庫(kù)文件；obj：存放工程文件；out：存放編譯輸出文件；user：存放用戶源代碼文件。4.2.2打開KeiluVision打開KeiluVision后，將顯示上一次使用的工程，如圖4-12所示。圖4-12打開KeiluVision4.2.3新建工程選擇菜單Project-->NewuVisionProject，如圖4-13所示。圖4-13新建工程把該工程存放在剛剛建立的obj子文件夾下，并輸入工程文件名稱，如圖4-14和4-15所示。圖4-14選擇工程文件存放目錄圖4-15工程文件命名單擊保存后彈出選擇器件窗口，如圖4-16所示。選擇STMicroelectronics下STM32F103VB器件（選擇使用器件型號(hào)）。圖4-16芯片型號(hào)選擇單擊OK后彈出界面如圖4-17所示，在該界面中選擇“是”，以加載STM32的啟動(dòng)代碼。圖4-17加載啟動(dòng)代碼至此工程建立成功，顯示畫面如圖4-18所示。圖4-18工程建立成功畫面4.3Cortex-M3微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)CMSIS4.3.1CMSIS介紹4.3.2STM32F10x標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)4.4STM32F103開發(fā)板的選擇圖4-224.5STM32仿真器的選擇野火fireDAP下載器（符合CMSIS-DAPDebugger規(guī)范）野火fireDAP高速仿真器如圖4-23所示。圖4-23野火fireDAP高速仿真器嵌入式開發(fā)環(huán)境除KeilMDK外，還有IAR等開發(fā)環(huán)境，但均為國(guó)外公司的產(chǎn)品，我國(guó)目前還沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Arm開發(fā)環(huán)境，再者，我國(guó)的一些高校被禁用MATLAB軟件事件，我國(guó)的大學(xué)生必須關(guān)心國(guó)家建設(shè)，立足自力更生，提升自身科技水平，發(fā)揚(yáng)“航天精神”，為我國(guó)的科研建設(shè)出一份力，開發(fā)出如KeilMDK的開發(fā)環(huán)境，不受國(guó)外公司的制約。大部分人認(rèn)為工科專業(yè)屬于自然科學(xué)，蘊(yùn)含較少的意識(shí)形態(tài)屬性，認(rèn)同科學(xué)技術(shù)是無國(guó)界的。然而在實(shí)際生活中，任何一門科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用都與國(guó)家的倡導(dǎo)與需求息息相關(guān)，因此從這個(gè)角度來看，科學(xué)技術(shù)也是有國(guó)界的，其國(guó)界屬性主要體現(xiàn)在科技的來源性、科技的權(quán)屬性以及科技的服務(wù)性三個(gè)方面。學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“嵌入式開發(fā)平臺(tái)的搭建”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本次課講述了第四章內(nèi)容“嵌入式開發(fā)平臺(tái)的搭建”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第3周，第6次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱第5章STM32中斷 （4學(xué)時(shí)）5.1中斷概述 5.1.1中斷 5.1.2中斷的功能 5.1.3中斷源與中斷屏蔽 5.1.4中斷處理過程 5.1.5中斷優(yōu)先級(jí)與中斷嵌套 5.1.5中斷的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 5.2STM32F1中斷系統(tǒng) 5.2.1STM32F1嵌套向量中斷控制器NVIC 5.2.2STM32F1中斷優(yōu)先級(jí) 5.2.3STM32F1中斷向量表 5.2.4STM32F1中斷服務(wù)函數(shù) 5.3STM32F1外部中斷／事件控制器EXTI 5.3.1STM32F1的EXTI內(nèi)部結(jié)構(gòu) 5.3.2STM32F1的EXTI工作原理 5.3.3STM32F1的EXTI主要特性 教學(xué)目標(biāo)掌握中斷的基本概念掌握STM32F103中斷系統(tǒng)STM32F103外部中斷/事件控制器EXTI教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)第5章STM32中斷本章講述了STM32中斷及其在旋轉(zhuǎn)編碼器中應(yīng)用，包括中斷的基本概念、STM32F1中斷系統(tǒng)、STM32F1外部中斷／事件控制器EXTI、STM32F1的統(tǒng)庫(kù)函數(shù)、STM32外部中斷設(shè)計(jì)流程、STM32F1外部中斷設(shè)計(jì)實(shí)例和旋轉(zhuǎn)編碼器接口設(shè)計(jì)。5.1中斷的基本概念中斷是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種處理異步事件的重要方法。它的作用是在計(jì)算機(jī)的CPU運(yùn)行軟件的同時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)外有沒有發(fā)生需要CPU處理的“緊急事件”：當(dāng)需要處理的事件發(fā)生時(shí)，中斷控制器會(huì)打斷CPU正在處理的常規(guī)事務(wù)，轉(zhuǎn)而插入一段處理該緊急事件的代碼；而該事務(wù)處理完成之后，CPU又能正確地返回剛才被打斷的地方，以繼續(xù)運(yùn)行原來的代碼。中斷可以分為“中斷響應(yīng)”、“中斷處理”和“中斷返回”三個(gè)階段。無條件傳輸方式2.程序查詢方式3.中斷方式5.1.1中斷5.1.2中斷的功能1.提高CPU工作效率2.具有實(shí)時(shí)處理功能3.具有故障處理功能4.實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作5.1.3中斷源與中斷屏蔽1.中斷源2.中斷屏蔽5.1.4中斷處理過程中斷處理5.1.5中斷優(yōu)先級(jí)與中斷嵌套1.中斷優(yōu)先級(jí)2.中斷嵌套5.2STM32F1中斷系統(tǒng)5.2.1STM32F1嵌套向量中斷控制器NVIC5.2.2STM32F1中斷優(yōu)先級(jí)何為搶占式優(yōu)先級(jí)（preemptionpriority）何為響應(yīng)優(yōu)先級(jí)（subpriority）判斷中斷是否會(huì)被響應(yīng)的依據(jù)4．優(yōu)先級(jí)沖突的處理STM32中對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)的定義優(yōu)先級(jí)5.2.3STM32F1中斷向量表5.2.4STM32F1中斷服務(wù)函數(shù)5.3STM32F1外部中斷／事件控制器EXTI5.3.1STM32F1的EXTI內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部中斷/事件控制器由中斷屏蔽寄存器、請(qǐng)求掛起寄存器、軟件中斷／事件寄存器、上升沿觸發(fā)選擇寄存器、下降沿觸發(fā)選擇寄存器、事件屏蔽寄存器、邊沿檢測(cè)電路和脈沖發(fā)生器等部分構(gòu)成。外部中斷／事件控制器框圖如圖5-3所示。外部中斷外部中斷與事件輸入STM32F103APB外設(shè)接口邊沿檢測(cè)器5.3.2STM32F1的EXTI工作原理外部中斷/事件請(qǐng)求的產(chǎn)生和傳輸2.事件與中斷5.3.3STM32F1的EXTI主要特性回憶上次課的內(nèi)容，以典型應(yīng)用引出GPIO輸入。提問：GPIO輸入函數(shù)有哪些，名稱、功能、輸入?yún)?shù)、返回值各是什么？討論：MCU如何識(shí)別按鍵，蜂鳴器如何發(fā)聲。學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“STM32中斷”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本次課講述了第五章內(nèi)容“STM32中斷”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第4周，第7次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱5.4STM32F1的中斷系統(tǒng)庫(kù)函數(shù) 5.4.1STM32F1的NVIC相關(guān)庫(kù)函數(shù) 5.4.2STM32F1的EXTI相關(guān)庫(kù)函數(shù) 5.4.3STM32F1的EXTI中斷線GPIO引腳映射庫(kù)函數(shù) 5.5STM32F1外部中斷設(shè)計(jì)流程 5.5.1NVIC設(shè)置 5.5.2中斷端口配置 5.5.3中斷處理 5.6STM32F1的外部中斷設(shè)計(jì)實(shí)例 5.6.1STM32F1的外部中斷硬件設(shè)計(jì) 5.6.2STM32F1的外部中斷軟件設(shè)計(jì) 習(xí)題教學(xué)目標(biāo)掌握中斷的基本概念掌握STM32F103中斷系統(tǒng)STM32F103外部中斷/事件控制器EXTISTM32F1的外部中斷設(shè)計(jì)實(shí)例教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)5.4STM32F1的庫(kù)函數(shù)表5-2NVIC庫(kù)函數(shù)函數(shù)名描述NVIC_Delnit將外設(shè)NVIC寄存器重設(shè)為默認(rèn)值NVIC_SCBDelnit將外設(shè)SCB寄存器重設(shè)為默認(rèn)值NVIC_PriorityGroupConfig設(shè)置優(yōu)先級(jí)分組：搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)NVIC_Init根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器NVIC_StructInit把NVIC_InitStnuct中的每一個(gè)參數(shù)按默認(rèn)值填入NVIC_SETPRIMASK使能PRIMASK優(yōu)先級(jí)：提升執(zhí)行優(yōu)先級(jí)至0NVIC_RESETPRIMASK失能PRIMASK優(yōu)先級(jí)NVIC_SETFAULTMASK使能FAULTMASK優(yōu)先級(jí)：提升執(zhí)行優(yōu)先級(jí)至-1NVIC_RESETFAULTMASK失能FAULTMASK優(yōu)先級(jí)NVIC_BASEPRICONFIG改變執(zhí)行優(yōu)先級(jí)從N（最低可設(shè)置優(yōu)先級(jí)）提升至1NVIC_GetBASEPRI返回BASEPRI屏蔽值NVIC_GetCurrentPendingIRQChannel返回當(dāng)前待處理IRQ標(biāo)識(shí)符NVIC_GetIRQChannelPendingBitStatus檢查指定的IRQ通道待處理位設(shè)置與否NVIC_SetIRQChannelPendingBit設(shè)置指定的IRQ通道待處理位NVIC_ClearIRQChannelPendingBit清除指定的IRQ通道待處理位NVIC_GetCurrentActiveHandler返回當(dāng)前活動(dòng)Handler（IRQ通道和系統(tǒng)Handler）的標(biāo)識(shí)符NVIC_GetIRQChannelActiveBitStatus檢查指定的IRQ通道活動(dòng)位設(shè)置與否NVIC_GetCPUID返回ID號(hào)碼，Cortex-M3內(nèi)核的版本號(hào)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)NVIC_SetVectorTable設(shè)置向量表的位置和偏移NVIC_GenerateSystemReset產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位NVIC_GenerateCoreReset產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)核（內(nèi)核+NVIC）復(fù)位NVIC_SystemLPConfig選擇系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式的條件NVIC_SystemHandlerConfig使能或者失能指定的系統(tǒng)HandlerNVIC_SystemHandlerPriorityConfig設(shè)置指定的系統(tǒng)Handler優(yōu)先級(jí)NVIC_CetSystemHandlerPendingBitStatus檢查指定的系統(tǒng)Handler待處理位設(shè)置與否NVICSetSystemHandlerPendingBit設(shè)置系統(tǒng)Handler待處理位NVIC_ClearSystemHandlerPendingBit清除系統(tǒng)Handler待處理位NVIC_GetSystemHandlerActiveBitStatus檢查系統(tǒng)Handler活動(dòng)位設(shè)置與否NVIC_GetFaultHandlerSources返回表示出錯(cuò)的系統(tǒng)Handler源NVIC_GetFaultAddress返回產(chǎn)生表示出錯(cuò)的系統(tǒng)Handler所在位置的地址5.5STM32F1外部中斷設(shè)計(jì)流程5.5.1NVIC設(shè)置5.5.2中斷端口配置5.5.3中斷處理中斷請(qǐng)求級(jí)高的中中斷響應(yīng)中斷服務(wù)程序圖5-7中斷服務(wù)程序處理流程圖中斷返回5.6STM32F1的外部中斷設(shè)計(jì)實(shí)例5.6.1STM32F1外部中斷的硬件設(shè)計(jì)按鍵機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，由于觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵開關(guān)不會(huì)馬上穩(wěn)定接通或一下子斷開，使用按鍵時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào)，需要用軟件消抖處理濾波，不方便輸入檢測(cè)。本實(shí)例開發(fā)板連接的按鍵附帶硬件消抖功能，如圖4-8所示。它利用電容充放電的延時(shí)消除了波紋，從而簡(jiǎn)化軟件的處理，軟件只需要直接檢測(cè)引腳的電平即可。圖5-8按鍵檢測(cè)電路從按鍵檢測(cè)電路可知，這些按鍵在沒有被按下的時(shí)候，GPIO引腳的輸入狀態(tài)為低電平（按鍵所在的電路不通，引腳接地），當(dāng)按鍵按下時(shí)，GPIO引腳的輸入狀態(tài)為高電平（按鍵所在的電路導(dǎo)通，引腳接到電源）。只要按鍵檢測(cè)引腳的輸入電平，即可判斷按鍵是否被按下。若使用的開發(fā)板按鍵的連接方式或引腳不一樣，只需根據(jù)工程修改引腳即可，程序的控制原理相同。5.6.2STM32F1外部中斷的軟件設(shè)計(jì)這里只講解核心的部分代碼，有些變量的設(shè)置、頭文件的包含等并沒有涉及。創(chuàng)建兩個(gè)文件bsp_exti.c和bsp_exti.h，用來存放EXTI驅(qū)動(dòng)程序及相關(guān)宏定義，中斷服務(wù)函數(shù)放在stm32f10x_it.h文件中。編程要點(diǎn)：1）初始化用來產(chǎn)生中斷的GPIO。2）初始化EXTI。3）配置NVIC。4）編寫中斷服務(wù)函數(shù)。演示法：由教師進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施演示。學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“STM32中斷”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本次課程講述了第五章內(nèi)容“STM32中斷”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第4周，第8次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱第6章STM32GPIO （3學(xué)時(shí)）6.1STM32通用輸入輸出接口概述 6.2.1輸入通道 6.2.2輸出通道 6.2STM32的GPIO功能 6.2.1普通I/O功能 6.2.2單獨(dú)的位設(shè)置或位清除 6.2.3外部中斷/喚醒線 6.2.4復(fù)用功能（AF） 6.2.5軟件重新映射I/O復(fù)用功能 6.2.6GPIO鎖定機(jī)制 6.2.7輸入配置 6.2.8輸出配置 6.2.9復(fù)用功能配置 6.2.10模擬輸入配置 6.2.11STM32的GPIO操作 6.2.12外部中斷映射和事件輸出 6.2.13GPIO的主要特性 6.3STM32的GPIO常用庫(kù)函數(shù) 教學(xué)目標(biāo)GPIO概述及管腳命名GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作模式、輸出速度GPIO復(fù)用功能重映射GPIO控制寄存器及配置實(shí)例教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)第6章STM32GPIO本章講述了STM32GPIO，包括通用輸入輸出接口概述、GPIO的功能、GPIO常用庫(kù)函數(shù)、GPIO使用流程、GPIO輸入應(yīng)用實(shí)例和GPIO輸出應(yīng)用實(shí)例。6.1STM32通用輸入輸出接口概述圖6-1一個(gè)I/O口位的基本結(jié)構(gòu)6.1.1輸入通道6.1.2輸出通道6.2STM32的GPIO功能6.2.1普通I/O功能6.2.2單獨(dú)的位設(shè)置或位清除6.2.3外部中斷/喚醒線6.2.4復(fù)用功能（AF）6.2.5軟件重新映射I/O復(fù)用功能6.2.6GPIO鎖定機(jī)制6.2.7輸入配置6.2.8輸出配置6.2.9復(fù)用功能配置6.2.10模擬輸入配置6.2.11STM32的GPIO操作1．復(fù)位后的GPIO2．GPIO工作模式的配置3．GPIO輸入的讀取4．GPIO輸出的控制6.3STM32的GPIO常用庫(kù)函數(shù)表6-1GPIO函數(shù)庫(kù)主要功能高級(jí)控制定時(shí)器GPIO_DeInit將外設(shè)GPIOx寄存器重設(shè)為缺省值GPIO_AFIODeInit將復(fù)用功能（重映射事件控制和EXTI設(shè)置）重設(shè)為缺省值GPIO_Init根據(jù)GPIO_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)GPIOx寄存器GPIO_StructInit把GPIO_InitStruct中的每一個(gè)參數(shù)按缺省值填入GPIO_ReadInputDataBit讀取指定端口引腳的輸入GPIO_ReadInputData讀取指定的GPIO端口輸入GPIO_ReadOutputDataBit讀取指定端口引腳的輸出GPIO_ReadOutputData讀取指定的GPIO端口輸出GPIO_SetBits設(shè)置指定的數(shù)據(jù)端口位GPIO_ResetBits清除指定的數(shù)據(jù)端口位GPIO_WriteBit設(shè)置或清除指定的數(shù)據(jù)端口位GPIO_Write向指定GPIO數(shù)據(jù)端口寫入數(shù)據(jù)GPIO_PinLockConfig鎖定GPIO引腳設(shè)置寄存器GPIO_EventOutputConfig選擇GPIO引腳用作事件輸出GPIO_EventOutputCmd使能或者失能事件輸出GPIO_PinRemapConfig改變指定引腳的映射GPIO_EXTILineConfig選擇GPIO引腳用作外部中斷線路引入：由主程序無限循環(huán)結(jié)構(gòu)不足引入課程內(nèi)容。實(shí)例法：以一個(gè)具體任務(wù)為例，講解中斷處理過程。類比法：以生活中不同優(yōu)先級(jí)響應(yīng)處理方法為例進(jìn)行類比講解。學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“中斷系統(tǒng)與基本應(yīng)用”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本次課講述了第六章內(nèi)容“中斷系統(tǒng)與基本應(yīng)用”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第5周，第9次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱6.4STM32的GPIO使用流程 6.4.1普通GPIO配置 6.4.2IO復(fù)用功能AFIO配置 6.5STM32的GPIO輸出應(yīng)用實(shí)例 6.5.1STM32的GPIO輸出應(yīng)用硬件設(shè)計(jì) 6.5.2STM32的GPIO輸出應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) 6.6STM32的GPIO輸入應(yīng)用實(shí)例 6.6.1STM32的GPIO輸入應(yīng)用硬件設(shè)計(jì) 6.6.2STM32的GPIO輸入應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) 習(xí)題第7章STM32定時(shí)器 （4學(xué)時(shí)）7.1STM32定時(shí)器概述 7.2STM32基本定時(shí)器 7.2.1基本定時(shí)器介紹 7.2.2基本定時(shí)器的功能 7.2.3基本定時(shí)器的寄存器 教學(xué)目標(biāo)STM32的GPIO使用流程 普通GPIO配置 IO復(fù)用功能AFIO配置 STM32的GPIO輸出應(yīng)用實(shí)例 STM32的GPIO輸入應(yīng)用實(shí)例 TM32F103定時(shí)器概述基本定時(shí)器通用定時(shí)器高級(jí)定時(shí)器教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)6.4STM32的GPIO使用流程6.4.1普通GPIO配置6.4.2IO復(fù)用功能AFIO配置6.5STM32的GPIO輸出應(yīng)用實(shí)例GPIO輸出應(yīng)用實(shí)例是6.5.1STM32的GPIO輸出應(yīng)用硬件設(shè)計(jì)6.5.2STM32的GPIO輸出應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)6.6STM32的GPIO輸入應(yīng)用實(shí)例GPIO輸入應(yīng)用實(shí)例是6.6.1STM32的GPIO輸入應(yīng)用硬件設(shè)計(jì)按鍵的硬件設(shè)計(jì)同外部中斷設(shè)計(jì)實(shí)例的硬件設(shè)計(jì)，如圖5-8所示。6.6.2STM32的GPIO輸入應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)為了使工程更加有條理，把與按鍵相關(guān)的代碼獨(dú)立分開存儲(chǔ)，方便以后移植。在“工程模板”之上新建bsp_key.c及bsp_key.h文件。編程要點(diǎn)：1）使能GPIO端口時(shí)鐘；2）初始化GPIO目標(biāo)引腳為輸入模式（浮空輸入）；編寫簡(jiǎn)單測(cè)試程序，檢測(cè)按鍵的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)按鍵控制LED。第7章STM32定時(shí)器本章講述了STM32定時(shí)器系統(tǒng)，包括STM32F103定時(shí)器概述、基本定時(shí)器、通用定時(shí)器、高級(jí)定時(shí)器、定時(shí)器庫(kù)函數(shù)和定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例、SysTick系統(tǒng)滴答定時(shí)器和定時(shí)器在電力儀表中的應(yīng)用。7.1STM32F103定時(shí)器概述軟件延時(shí)可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器表7-1STM32定時(shí)器的功能主要功能高級(jí)控制定時(shí)器通用定時(shí)器基本定時(shí)器內(nèi)部時(shí)鐘源（8MHz）●●●帶16位分頻的計(jì)數(shù)單元●●●更新中斷和DMA●●●計(jì)數(shù)方向向上、向下、雙向向上、向下、雙向向上外部事件計(jì)數(shù)●●○其他定時(shí)器觸發(fā)或級(jí)聯(lián)●●○4個(gè)獨(dú)立輸入捕獲、輸出比較通道●●○單脈沖輸出方式●●○正交編碼器輸入●●○霍爾傳感器輸入●●○輸出比較信號(hào)死區(qū)產(chǎn)生●○○制動(dòng)信號(hào)輸入●○○圖7-1定時(shí)器的時(shí)鐘7.2STM32基本定時(shí)器7.2.1基本定時(shí)器介紹7.2.2基本定時(shí)器的功能1.時(shí)基單元2.時(shí)鐘源3.預(yù)分頻器4.計(jì)數(shù)模式學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“STM32GPIO”和“STM32定時(shí)器”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本次課講述了第六章內(nèi)容“STM32GPIO”和第七章內(nèi)容“STM32定時(shí)器”整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第5周，第10次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱7.3STM32通用定時(shí)器 7.3.1通用定時(shí)器介紹 7.3.2通用定時(shí)器的功能描述 7.3.3通用定時(shí)器的工作模式 7.3.4通用定時(shí)器的寄存器 7.4STM32高級(jí)定時(shí)器 7.5STM32定時(shí)器庫(kù)函數(shù) 7.6STM32定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例 7.6.1STM32的通用定時(shí)器配置流程 7.6.2STM32的定時(shí)器應(yīng)用硬件設(shè)計(jì) 7.6.3STM32的定時(shí)器應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) 教學(xué)目標(biāo)基本定時(shí)器通用定時(shí)器高級(jí)定時(shí)器STM32定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)7.3STM32通用定時(shí)器7.3.1通用定時(shí)器介紹7.3.2通用定時(shí)器的功能描述時(shí)基單元計(jì)數(shù)模式3.時(shí)鐘選擇4.捕獲/比較通道7.3.3通用定時(shí)器的工作模式1.輸入捕獲模式2.PWM輸入模式強(qiáng)置輸出模式4.輸出比較模式PWM模式7.4STM32高級(jí)定時(shí)器7.5STM32定時(shí)器庫(kù)函數(shù)7.6STM32定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例7.6.1STM32的通用定時(shí)器配置流程2.TIM中斷配置圖7-15TIM中斷配置流程圖3.定時(shí)器中斷處理程序圖7-16定時(shí)器中斷處理程序流程圖7.6.2定時(shí)器應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì)7.6.3定時(shí)器應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)課程運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，借助立體化教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)，開展理實(shí)一體化教學(xué)。通過課堂聽課，交流討論，項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生基本掌握“STM32定時(shí)器”教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到知識(shí)、能力目標(biāo)，為課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。教學(xué)日志本次課講述了第七章內(nèi)容“STM32定時(shí)器”。整體教學(xué)設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合適，教學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確，采用板書結(jié)合多媒體的教學(xué)手段和方法，授課內(nèi)容包括例題習(xí)題，體現(xiàn)講練結(jié)合，幫助同學(xué)掌握運(yùn)用重點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生上課能主動(dòng)思考，師生之間有互動(dòng)和交流，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況較好，課堂氣氛融洽活躍，取得了較好的教學(xué)效果。周次日期第6周，第11次課/2023年X月X日課程內(nèi)容名稱7.7SysTick系統(tǒng)滴答定時(shí)器 7.7.1SysTick功能綜述 7.7.2SysTick配置例程 7.8看門狗定時(shí)器 7.8.1看門狗應(yīng)用介紹 7.8.2獨(dú)立看門狗IWDG 7.8.3窗口看門狗WWDG 7.8.4看門狗操作相關(guān)的庫(kù)函數(shù) 習(xí)題第8章STM32通用同步異步收發(fā)器 （3學(xué)時(shí)）8.1串行通信基礎(chǔ) 8.1.1串行異步通信數(shù)據(jù)格式 8.1.2串行同步通信數(shù)據(jù)格式 8.1.3連接握手 8.1.4確認(rèn) 8.1.5中斷 8.1.6輪詢 8.2STM32的USART工作原理 8.2.1USART的主要特性 8.2.2USART的功能 8.2.3USART的通信時(shí)序 8.2.4USART的中斷 8.2.5USART的相關(guān)寄存器 教學(xué)目標(biāo)SysTick系統(tǒng)滴答定時(shí)器看門狗定時(shí)器數(shù)據(jù)通信基本概念USART工作原理USART相關(guān)庫(kù)函數(shù)教學(xué)形式講授、演示和討論教學(xué)建議學(xué)時(shí)2學(xué)情分析教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)（含時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)7.7SysTick系統(tǒng)滴答定時(shí)器7.7.1SysTick功能綜述圖7-18系統(tǒng)時(shí)鐘（SysTick）控制與狀態(tài)寄存器1）7.7.2SysTick配置例程第8章STM32通用同步/異步收發(fā)器本章講述了STM32通用同步異步收發(fā)器，包括串行通信基礎(chǔ)、STM32的USART工作原理、STM32的USART庫(kù)函數(shù)、STM32的USART串行通信應(yīng)用實(shí)例和USART驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。8.1串行通信基礎(chǔ)在串行通信中，參與通信的兩臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備通常共享一條物理通路。發(fā)送者依次逐位發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)信號(hào)，按一定的約定規(guī)則為接收者所接收。由于串行端口通常只是規(guī)定了物理層的接口規(guī)范，所以為確保每次傳送的數(shù)據(jù)報(bào)文能準(zhǔn)確到達(dá)目的地，使每一個(gè)接收者能夠接收到所有發(fā)向它的數(shù)據(jù)，必須在通信連接上采取相應(yīng)的措施。8.1.1串行異步通信數(shù)據(jù)格式無論是RS-232還是RS-485，均可采用串行異步收發(fā)數(shù)據(jù)格式。串行異步收發(fā)（UART）通信的數(shù)據(jù)格式如圖8-1所示。圖8-1串行異步收發(fā)（UART）通信的數(shù)據(jù)格式若通信線上無數(shù)據(jù)發(fā)送，該線路應(yīng)處于邏輯1狀態(tài)（高電平）。當(dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送一個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先送出起始位（邏輯0，低電平），隨后緊跟著數(shù)據(jù)位，這些數(shù)據(jù)構(gòu)成要發(fā)送的字符信息。有效數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以規(guī)定為5、6、7或8。奇偶校驗(yàn)位視需要設(shè)定，緊跟其后的是停止位（邏輯1，高電平），其位數(shù)可在1、1.5、2中選擇其一。8.1.2連接握手通信幀的起始位可以引起接收方的注意，但發(fā)送方并不知道，也不能確認(rèn)接收方是否已經(jīng)做好了接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。利用連接握手可以使收發(fā)雙方確認(rèn)已經(jīng)建立了連接關(guān)系，接收方已經(jīng)做好準(zhǔn)備，可以進(jìn)入數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)。連接握手過程是指發(fā)送者在發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)塊之前使用一個(gè)特定的握手信號(hào)來引起接收者的注意，表明要發(fā)送數(shù)據(jù)，接收者則通過握手信號(hào)回應(yīng)發(fā)送者，說明它已經(jīng)做好了接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。連接握手可以通過軟件，也可以通過硬件來實(shí)現(xiàn)。在軟件連接握手中，發(fā)送者通過發(fā)送一個(gè)字節(jié)表明它想要發(fā)送數(shù)據(jù)。接收者看到這個(gè)字節(jié)的時(shí)候，也發(fā)送一個(gè)編碼來聲明自己可以接收數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)送者看到這個(gè)信息時(shí)，便知道它可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。接收者還可以通過另一個(gè)編碼來告訴發(fā)送者停止發(fā)送。8.1.3確認(rèn)接收者為表明數(shù)據(jù)已經(jīng)收到而向發(fā)送者回復(fù)信息的過程稱為確認(rèn)。8.1.4中斷中斷是一個(gè)信號(hào)，它通知CPU有需要立即響應(yīng)的任務(wù)。每個(gè)中斷請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)連接到中斷源和中斷控制器的信號(hào)。通過自動(dòng)檢測(cè)端口事件發(fā)現(xiàn)中斷并轉(zhuǎn)入中斷處理。許多串行端口采用硬件中斷。在串口發(fā)生硬件中斷，或者一個(gè)軟件緩存的計(jì)數(shù)器到達(dá)一個(gè)觸發(fā)值時(shí)，表明某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生，需要執(zhí)行相應(yīng)的中斷響應(yīng)程序，并對(duì)該事件做出及時(shí)的反應(yīng)。這種過程也稱為事件驅(qū)動(dòng)。采用硬件中斷就應(yīng)該提供中斷服務(wù)程序，以便在中斷發(fā)生時(shí)讓它執(zhí)行所期望的操作。很多微控制器為滿足這種應(yīng)用需求而設(shè)置了硬件中斷。在一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)候，應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)對(duì)端口的變化做出響應(yīng)，跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序。例如發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)，握手信號(hào)變化，接收到錯(cuò)誤報(bào)文等，都可能成為串行端口的不同工作狀態(tài)，或稱為通信中發(fā)生了不同事件，需要根據(jù)狀態(tài)變化停止執(zhí)行現(xiàn)行程序而轉(zhuǎn)向與狀態(tài)變化相適應(yīng)的應(yīng)用程序。外部事件驅(qū)動(dòng)可以在任何時(shí)間插入并且使得程序轉(zhuǎn)向執(zhí)行一個(gè)專門的應(yīng)用程序。8.1.5輪詢通過周期性地獲取特征或信號(hào)來讀取數(shù)據(jù)或發(fā)現(xiàn)是否有事件發(fā)生的工作過程稱為輪詢。它需要足夠頻繁地輪詢端口，以便不遺失任何數(shù)據(jù)或者事件。輪詢的頻率取決于對(duì)事件快速反應(yīng)的需求以及緩存區(qū)的大小。輪詢通常用于計(jì)算機(jī)與I/O端口之間較短數(shù)據(jù)或字符組的傳輸。由于輪詢端口不需要硬件中斷，因此可以在一個(gè)沒有分配中斷的端口運(yùn)行此類程序。很多輪詢使用系統(tǒng)計(jì)時(shí)器來確定周期性讀取端口的操作時(shí)間。8.2STM32的USART工作原理8.2.1USART介紹通用同步/異步收發(fā)器（UniversalSynchromous/AsynchrontousReceiverTransmiter，USART）可以說是嵌入式系統(tǒng)中除了GPIO外最常用的一種外設(shè)。USART常用的原因不在于其性能超，而是因?yàn)閁SART的簡(jiǎn)單、通用。自Intel公司20世紀(jì)70年代發(fā)明USART以來，上至服務(wù)器、PC之類的高性能計(jì)算機(jī)，下到4位或8位的單片機(jī)幾乎無一例外地都配置了USART口，通過USART，嵌入式系統(tǒng)可以和幾乎所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換。USART口的物理連接也很簡(jiǎn)單，只要2～3根線即可實(shí)現(xiàn)通信。與PC軟件開發(fā)不同，很多嵌入式系統(tǒng)沒有完備的顯示系統(tǒng)，開發(fā)者在軟、硬件開發(fā)和調(diào)試過程中很難實(shí)時(shí)地了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。一般開發(fā)者會(huì)選擇用USART作為調(diào)試手段：開發(fā)首先完成USART的調(diào)試，在后續(xù)功能的調(diào)試中就通過USART向PC發(fā)送嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的提示信息，以便定位軟、硬件錯(cuò)誤，加快調(diào)試進(jìn)度。SM32F103微控制器的小容量產(chǎn)品有2個(gè)USART，中等容量產(chǎn)品有3個(gè)USART，大容量產(chǎn)品有3個(gè)USART＋2個(gè)UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）。8.2.2USART主要特性USART主要特性如下：1）全雙工的，異步通信。2）NRZ標(biāo)準(zhǔn)格式。3）分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器系統(tǒng)。發(fā)送和接收共用的可編程波特率，最高達(dá)4.5Mbit/s。4）可編程數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度（8位或9位）。5）可配置的停止位－支持1或2個(gè)停止位。6）LIN主發(fā)送同步斷開符的能力以及LIN從檢測(cè)斷開符的能力。當(dāng)USART硬件配置成LIN時(shí)，生成13位斷開符；檢測(cè)10/11位斷開符。7）發(fā)送方為同步傳輸提供時(shí)鐘。8）IRDASIR編碼器解碼器。在正常模式下支持3/16位的持續(xù)時(shí)間。9）智能卡模擬功能。智能卡接口支持ISO7816-3標(biāo)準(zhǔn)里定義的異步智能卡協(xié)議；智能卡用到0.5和1.5個(gè)停止位。10）單線半雙工通信。11）可配置的使用DMA的多緩沖器通信。在SRAM里利用集中式DMA緩沖接收／發(fā)送字節(jié)。12）單獨(dú)的發(fā)送器和接收器使能位。13）檢測(cè)標(biāo)志。接收緩沖器滿；發(fā)送緩沖器空；傳輸結(jié)束標(biāo)志。14）校驗(yàn)控制。發(fā)送校驗(yàn)位；對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。15）四個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)標(biāo)志。溢出錯(cuò)誤；噪聲錯(cuò)誤；幀錯(cuò)誤；校驗(yàn)錯(cuò)誤。16）10個(gè)帶標(biāo)志的中斷源。CTS改變；LIN斷開符檢測(cè)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空；發(fā)送完成；接收數(shù)據(jù)寄存器滿；檢測(cè)到總線為空閑；溢出錯(cuò)誤；幀錯(cuò)誤；噪聲錯(cuò)誤；校驗(yàn)錯(cuò)誤。17）多處理器通信。如果地址不匹配，則進(jìn)入靜默模式。18）從靜默模式中喚醒。通過空