PAGE《嵌入式系統(tǒng)原理與應用A》課程教學大綱課程編碼：JS100383課程名稱：嵌入式系統(tǒng)原理與應用A英文名稱：FundamentalsandApplicationofEmbeddedSystemA適用專業(yè)：計算機科學與技術先修課程：數(shù)字電路與邏輯設計、高級語言程序設計（C語言）、微機原理與接口技術學分：4總學時：64學時授課學時：48學時實驗（上機）學時：16學時網(wǎng)絡學時：0學時課程簡介中文簡介本課程是計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)基礎課程，課程以Cortex-M3處理器為基礎，介紹Cortex-M3處理器的組成原理，匯編語言程序設計以及基于STM32微控制器的嵌入式軟硬件系統(tǒng)設計方法。從理論上和實踐上掌握嵌入式系統(tǒng)的基本組成、典型硬件電路以及驅動代碼編寫，熟悉嵌入式系統(tǒng)基本概念、嵌入式系統(tǒng)組成原理和工作過程，掌握嵌入式系統(tǒng)的程序設計方法，具備接口電路分析和設計相應程序的能力。2.英文簡介Thecourseisafundamentalcurriculumforthemajorofthecomputerscienceandtechnology.BasedonCortex-M3processor,itintroducesCortex-M3compositionprinciple,assemblylanguageprogramdesignandtheembeddedhardwareandsoftwaresystemdesignmethodbasedonSTM32microcontroller.Thestudentsshouldmasterthebasiccomponentofembeddedsystem,atypicalhardwarecircuitanddrivercodefromthetheoryandpractice,befamiliarwithitsbasicconcept,principleandworkingprocess,grasptheapplicationofthesystemdesignmethod,andprocesstheabilityofanalysisofinterfacecircuitanddesignofthecorrespondingprogram.3.本課程與其它課程關系嵌入式原理與應用A屬于專業(yè)基礎應用類課程，其先修課程有：數(shù)字電路與邏輯設計、高級語言程序設計（C語言）、微機原理與接口技術等課程。學生通過數(shù)字電路與邏輯設計課程的學習，應掌握組合與時序邏輯電路，為本課程的學習提供硬件電路基礎；本課程接口部分使用C語言進行編程及應用，應熟悉C語言程序設計的方法與基本程序設計思想；學生在學習掌握微機系統(tǒng)原理與接口技術基礎上，加深理嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術，為本課程學習打下良好基礎。4.支撐的畢業(yè)要求指標點指標點0.2具有正確的世界觀、人生觀、價值觀，具有良好的思想品德、健全的人格、健康的體魄，能踐行社會注意核心價值觀。指標點1.3能將計算機領域相關知識及數(shù)學模型方法用于推演、分析、評價計算機領域復雜工程問題。指標點1.4能運用計算機基礎理論及專業(yè)知識、數(shù)學模型方法等，進行計算機領域復雜工程問題解決方案的分析、制定和綜合設計。指標點3.2能夠以需求分析為基礎，對計算機系統(tǒng)的軟件或硬件部分進行分析，設計合理的解決方案。課程目標與畢業(yè)要求對應關系表通過本課程的學習和訓練，使學生具備以下能力：目標1：理解嵌入式系統(tǒng)的概念、基本組成及設計流程；掌握ARM處理器概況、指令、結構、技術及基本原理。注重課程知識點的認知、理解能力。目標2：分析、理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，掌握嵌入式處理器編程模型與指令系統(tǒng)；掌握接口電路的原理，并能應用所學知識點。目標3：掌握匯編程序設計及編程過程，能夠進行匯編程序綜合分析與編程應用；掌握基本接口電路的硬件組成及硬件驅動程序編寫方法，能夠進行接口綜合分析與編程應用。目標4：培養(yǎng)學生求真務實、實踐創(chuàng)新、精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。引導學生掌握學習方法和途徑，把學生樹立正確的價值觀貫穿其中，培養(yǎng)思辨能力、工程思維和科學精神，積極參加社會實踐活動，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。課程目標對應的畢業(yè)要求指標點教學內(nèi)容教學方法目標1指標點1.3嵌入式系統(tǒng)基本概念及Cortex-M3處理器體系結構，理解嵌入式系統(tǒng)的概念、基本組成及設計流程；掌握Cortex-M3處理器概況、指令、結構、技術及基本原理，理解教學的全部章節(jié)內(nèi)容。課堂講述與討論，課后作業(yè)，習題課目標2指標點1.4Cortex-M3指令集和匯編程序設計，匯編程序綜合分析與編程應用。課堂講述與討論，課后作業(yè)，習題課。指導學生完成相關實驗。目標3指標點3.2STM32常用接口電路組成原理及應用接口綜合分析與編程應用。重點掌握GPIO、EINT、Timer和USART等內(nèi)容。課堂講述與討論，實驗指導，綜合分析與設計指導討論。目標4指標點0.2課程思政點1：培養(yǎng)探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感。課程思政點2：助力學生樹立正確的價值觀，培養(yǎng)工程思維、思辨能力和科學精神。課程思政點3：培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。課程思政點4：引導學生用正確的立場觀點方法去看待事物、分析問題、認識社會，樹立中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信。課程思政點5：培養(yǎng)學生團隊精神，提升學生職業(yè)素養(yǎng)。課堂講述、引導與組織討論課程教學內(nèi)容及要求（一）嵌入式基本系統(tǒng)及ARM處理器體系結構（14學時）教學內(nèi)容：理論教學（14學時）：嵌入式系統(tǒng)的概念、組成、特點；嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和設計步驟；Cortex-M3處理器概括、結構、技術、工作狀態(tài)和模式；Cortex-M3內(nèi)部寄存器、存儲方式以及異常處理過程和實現(xiàn)方法。培養(yǎng)探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感。[課程思政點1]?；疽螅豪斫馇度胧较到y(tǒng)的概念、組成、特點及Cortex-M3處理器結構和技術；掌握Cortex-M3處理器的工作狀態(tài)和模式、內(nèi)部寄存器及存儲方式；理解異常處理過程和實現(xiàn)方法。重點及難點：嵌入式系統(tǒng)的概念、組成、特點；Cortex-M3處理器結構、技術、工作狀態(tài)和模式，及內(nèi)部寄存器和存儲方式。教學模式：課堂講述與討論，課后作業(yè)。作業(yè)及課外學習要求通過學習嵌入式系統(tǒng)的概念、組成、特點，理解Cortex-M3處理器結構、技術、工作狀態(tài)和模式；基本原理的理解，對比8086處理器與Cortex-M3處理器特點，使學生能夠理解計算機體系結構，識別和判斷計算機系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)和工作過程。教學安排：授課14學時，課外自學3學時。（二）Cortex-M3指令集和匯編程序設計（22學時）教學內(nèi)容：理論教學（14學時）：Cortex-M3的尋址方式和指令格式；Cortex-M3指令集和偽指令語句；匯編程序設計方法、C語言和匯編語言混合/交叉編程；程序設計舉例、KEIL等工具使用。助力學生樹立正確的價值觀，培養(yǎng)工程思維、思辨能力和科學精神[課程思政點2]。實驗教學（8學時）：熟悉ARM編程環(huán)境，熟悉基本指令及語句，順序程序與分支程序設計與調(diào)試；循環(huán)程序結構與編程，基本求和運行，尋找最大/最小數(shù)，數(shù)據(jù)定義及應用，字符COPY等；兩重循環(huán)編程與調(diào)試，排序的編程與調(diào)試。要求學生了解國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)教學及應用方面的差距，激發(fā)學生刻苦學習專業(yè)技能的熱情，培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當[課程思政點3]?；疽螅赫莆誄ortex-M3尋址方式、常用指令集和匯編程序設計方法；理解匯編指令、偽指令、宏指令、子程序用法；熟悉匯編語言程序編碼、編譯、鏈接調(diào)試等過程。重點與難點：Cortex-M3的尋址方式和指令格式；Cortex-M3指令集和偽指令語句；匯編程序設計方法與調(diào)試，C語言和匯編語言混合/交叉編程，使得學生能夠進行計算機的軟件開發(fā)、測試、維護及改進。教學模式：課堂講述與討論，課后作業(yè)，演示設計實現(xiàn)過程，課內(nèi)實驗。作業(yè)及課外學習要求掌握基本匯編指令的含義及用法，掌握Cortex-M3尋址方式的判斷，基本指令的正確使用與判斷；掌握匯編程序設計方法，課外要求完成編程與調(diào)試，實驗課解決遇到問題并進行檢查；混合程序設計與綜合調(diào)試。（三）處理器片上硬件資源及接口電路技術（28學時）教學內(nèi)容：理論教學（20學時）：熟悉STM32F103系列處理器芯片內(nèi)部結構；理解存儲器分配、控制電路以及向量中斷控制器；芯片管腳定義與應用，GPIO接口原理與應用；掌握外部中斷的原理與應用；掌握定時器的組成各部分的作用，掌握定時器的編程與應用；學習串口原理，USART接口構成與作用，USART查詢與中斷方式的編程與應用；了解SPI接口、I2C接口等電路組成及應用。通過實驗板原理圖分析，理解STM32F103實驗板系統(tǒng)的基本構成及編程應用。引導學生用正確的立場觀點方法去看待事物、分析問題、認識社會，樹立中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信[課程思政點4]。實驗教學（8學時）STM32F103管腳定義與使用，GPIO編程與應用；外部中斷概念、原理與應用編程，結合VIC編程應用；定時器初始化、VIC向量中斷初始化及定時器中斷程序的編程應用；USART通信編程與應用，使用FIFO提升USART效率，超時中斷的判斷與編程，查詢與中斷方式的對比，結合GPIO的綜合應用。培養(yǎng)學生團隊精神，提升學生職業(yè)素養(yǎng)[課程思政點5]。基本要求：通過學習和掌握STM32F103系列芯片上向量中斷控制器、GPIO接口、外部中斷接口、定時器接口和USART接口，使得學生能夠按照需求對計算機系統(tǒng)的軟件或硬件部分進行設計，制定合理的解決方案；；GPIO接口編程與應用；外部中斷接口和定時器接口。理解接口電路中配置和狀態(tài)寄存器的使用方法，熟悉接口驅動程序的設計過程。重點及難點：通過學習處理器芯片內(nèi)部結構、向量中斷控制器、芯片上GPIO接口、外部中斷接口、定時器接口、USART接口、SPI接口、I2C接口等電路，使得學生能夠進行計算機系統(tǒng)的硬件設計、實現(xiàn)、維護及改進，解決計算機軟硬件協(xié)同開發(fā)問題。教學模式：課堂講述與討論，課后作業(yè)，演示設計實現(xiàn)過程，課內(nèi)實驗驗證，隨堂指導。作業(yè)及課外學習要求掌握GPIO含義及用法，掌握GPIO編程與應用；掌握外部中斷概念與原理，課外要求完成編程，實驗課完成調(diào)試并；結合定時器控制GPIO，對比定時器控制與延時程序的區(qū)別，要求通過定時器控制多個LED燈的不同頻率閃爍。USART編程與調(diào)試。教學安排及學時分配教學環(huán)節(jié)及學時主要內(nèi)容學時分配講課習題課實驗小計嵌入式系統(tǒng)基本及Cortex-M3處理器體系結構1414Cortex-M3指令集和匯編程序設計122820處理器片上硬件資源及接口電路技術182830合計4441664實驗部分教學內(nèi)容和要求：序號實驗項目名稱實驗內(nèi)容及要求學時實驗類型演示驗證設計綜合1匯編語言程序設計工程構建2√2匯編語言程序設計匯編程序設計4√3匯編語言程序設計混合程序設計2√4GPIO實驗GPIO輸入和輸出2√5EINT按鍵模擬外部中斷2√6定時計數(shù)器實驗定時計數(shù)器查詢與中斷實驗，結合定時器控制LED2√7UART通訊實驗掌握異步串行通訊2√合計1622102比例100%12.5%12.5%62.5%12.5%考核方式（一）考核方式與成績評定方法1.課堂測驗：主要考核各單元的學習情況，階段性學習結束時進行課堂測驗，針對典型的例題或習題進行測試。2.作業(yè)：考核內(nèi)容，每次作業(yè)提交和完成質(zhì)量。3.上機實驗：考核內(nèi)容，每個實驗完成過程、實驗結果和實驗報告的質(zhì)量。4.期末考試：主要考核學生對本課程的掌握程度，分析解決問題的能力以及課程目標的達成情況，考試形式為筆試。成績評定方法：總成績=平時成績*40%+期末考試成績*60%其中：平時成績=課堂考核*30%+平時作業(yè)*30%+上機實驗*40%課程目標達成考核與評價方式及成績評定如下表所示：課程目標支撐畢業(yè)要求考核與評價方式及成績比例成績比例平時成績（40%）期末考試(60%）Q=60%平時作業(yè)30%P1=12%課堂表現(xiàn)30%P2=12%上機實驗考核40%P3=16%課程目標1支撐畢業(yè)要求2-3303.6%303.6%04024%30%課程目標2支撐畢業(yè)要求3-1303.6%303.6%508%4024%30%課程目標3支撐畢業(yè)要求5-3404.8%404.8%508%2012%40%合計100100100100100%注：該表中期末考試一列中的各課程目標賦分比例，教師每年命題時可適當微調(diào)。計算方法舉例如下：成績比例第一行中30%=（（30*30%+30*30%+30*40%）*40%+30*60%）/100課程目標支撐畢業(yè)要求考核與評價方式及成績比例成績比例平時成績（40%）期末考試(60%）平時作業(yè)30%課堂表現(xiàn)30%上機實驗考核40%課程目標1支撐畢業(yè)要求2-3實際得分/滿分(P1)實際得分/滿分(P2)0(P3)40實際得分/40(Q)30%課程目標2支撐畢業(yè)要求3課程目標3支撐畢業(yè)要求5-34040502040%合計100100100100100%考核與評價標準：1.課堂測驗、作業(yè)、閉卷考試考核及評價標準課程目標評分標準優(yōu)秀（0.90-1.0）良好（0.75-0.89）合格（0.60-0.74）不合格（0-0.59）1：理解嵌入式系統(tǒng)的概念、基本組成及設計流程；掌握ARM處理器概況、指令、結構、技術及基本原理。注重課程知識點的認知能力。熟練掌握基于ARM嵌入式系統(tǒng)基本概念、原理及其組成，掌握ARM處理器概況、指令、結構、技術及基本原理，對課程知識點能全面認知。掌握基于ARM嵌入式系統(tǒng)基本概念、原理及其組成，掌握ARM處理器概況、指令、結構、技術及基本原理，對課程知識點能很好理解。基本掌握基于ARM嵌入式系統(tǒng)基本概念、原理及其組成，了解ARM處理器概況、指令、結構、技術及基本原理，對課程知識點基本能理解。對基于ARM嵌入式系統(tǒng)基本概念、原理及其組成認識模糊，了解ARM處理器概況、指令、結構、技術及基本原理，對課程知識點理解不正確。2：理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，掌握嵌入式處理器編程模型與指令系統(tǒng)；掌握接口電路的原理，并能應用所學知識點。思路清晰，能準確理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，能熟練運用所學知識點進行軟硬件模塊設計、編程與調(diào)試。思路明確，能很好理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，能較為熟練運用所學知識點進行軟硬件模塊設計、編程與調(diào)試。思路基本明確，能理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，基本能運用所學知識點進行軟硬件模塊設計、編程與調(diào)試。思路混亂，在老師指導、同學幫助下，仍不能理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，未能獨立完成單個模塊編程與調(diào)試。3：掌握匯編程序設計及編程過程，能夠進行匯編程序綜合分析與編程應用；掌握基本接口電路的硬件組成及硬件驅動程序編寫方法，能夠進行接口綜合分析與編程應用。能夠準確理解各模塊組成及系統(tǒng)設計的思想，提出設計方案，基于開發(fā)工具，運用所學完成嵌入式系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)綜合設計、編程與調(diào)試。能夠理解各模塊組成及系統(tǒng)設計的思想，提出設計方案，基于開發(fā)工具，運用所學完成嵌入式系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)綜合設計、編程與調(diào)試?；灸芾斫飧髂K組成及系統(tǒng)設計的思想，設計方案不夠合理，基于開發(fā)工具，基本能運用所學實現(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)綜合設計、編程與調(diào)試。思路不清晰，基于開發(fā)工具，不具備軟硬件設計的理念和思想，不能獨立完成綜合設計與調(diào)試，學習態(tài)度需要端正。2.上機實驗考核及評價標準課程目標評分標準優(yōu)秀（0.90-1.0）良好（0.75-0.89）合格（0.60-0.74）不合格（0-0.59）2：理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，掌握嵌入式處理器編程模型與指令系統(tǒng)；掌握接口電路的原理，并能應用所學知識點。思路清晰，能準確理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，能熟練運用所學知識點進行軟硬件模塊設計、編程與調(diào)試。思路明確，能很好理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，能較為熟練運用所學知識點進行軟硬件模塊設計、編程與調(diào)試。思路基本明確，能理解ARM匯編指令及其常用硬件接口電路組成，基本能運用所學知識點進行軟硬件模塊設計、編程與調(diào)試。思路混亂，在老師指導、同學幫助下，仍不能理解ARM匯編指令及其常用硬件接