XX大學(xué)XXXX學(xué)院《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)大綱編寫人：XXX審定人：XXX編制時間：2025.5.1審定時間：2025.5.1一、課程基本信息：課程名稱嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用英文名稱PrinciplesandApplicationsofEmbeddedSystems課程編碼sd01730800開課單位XX所課程類別□通識教育必修課程□通識教育核心課程□通識教育選修課程□學(xué)科基礎(chǔ)平臺課程□專業(yè)基礎(chǔ)課程√專業(yè)必修課程□專業(yè)選修課程課程性質(zhì)√必修□選修學(xué)分2學(xué)時32適用專業(yè)自動化、自動檢測、電氣工程及其自動化、電子信息、機(jī)電一體化、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)先修課程數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用、C語言程序設(shè)計后續(xù)課程物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能控制、人工智能課程網(wǎng)站教學(xué)團(tuán)隊XXX等課程負(fù)責(zé)人XXX二、課程描述《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》是計算機(jī)、自動化、電子信息、機(jī)電一體化、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)專業(yè)的必修課，是一門重要的專業(yè)核心課程。通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)基本概念、硬件組成，軟件架構(gòu)；掌握各基本模塊功能和典型應(yīng)用方法。使學(xué)生能夠進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)硬件電路分析、設(shè)計，并應(yīng)用高級程序設(shè)計語言為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用程序，能夠完成嵌入式系統(tǒng)的組裝、調(diào)試任務(wù)。培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)，增強(qiáng)職業(yè)拓展能力，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，人工智能，智能制造等后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。本課程既要保持與強(qiáng)調(diào)理論上的科學(xué)性與嚴(yán)密性，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和分析問題的邏輯性與條理性，又要具有分析工程技術(shù)問題的觀點和方法，培養(yǎng)學(xué)生從實際出發(fā)、在理論指導(dǎo)下靈活處理問題的觀點和方法。本課程既要保持與強(qiáng)調(diào)理論上的科學(xué)性與嚴(yán)密性，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和分析問題的邏輯性與條理性，又要具有分析工程技術(shù)問題的觀點和方法，培養(yǎng)學(xué)生從實際出發(fā)、在理論指導(dǎo)下靈活處理問題的觀點和方法。三、教學(xué)目標(biāo)（1）能夠在理解嵌入式系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展歷史的內(nèi)涵以及外延的基礎(chǔ)上，總結(jié)和預(yù)測嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生分析和總結(jié)問題的能力；（2）能夠在理解嵌入式系統(tǒng)組成原理的基礎(chǔ)上，掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的一般流程；（3）理解和掌握ARM體系結(jié)構(gòu)及STM32微控制器內(nèi)核架構(gòu)；（4）能夠熟練使用嵌入式主流的開發(fā)工具，掌握工程的代碼編輯、程序編譯、仿真和調(diào)試等能力。（5）理解和掌握嵌入式微控制器STM32的硬件外設(shè)資源（GPIO、EXTI、USART、TIM、ADC等）及嵌入式操作系統(tǒng)，能夠基于STM32的外設(shè)模塊進(jìn)行外設(shè)的應(yīng)用與實踐；（6）通過項目案例，重點掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求，進(jìn)行系統(tǒng)的芯片選型，采用合適的開發(fā)工具，針對實際項目需求，進(jìn)行系統(tǒng)方案的總體設(shè)計、硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計，并在設(shè)計過程中體現(xiàn)分析問題、項目設(shè)計與實施、團(tuán)隊協(xié)作、項目管理等能力。四、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配第1章緒論 （2學(xué)時）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)和通用計算機(jī)系統(tǒng)比較 1.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點 1.2嵌入式系統(tǒng)的組成 1.2.1嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu) 1.2.2嵌入式系統(tǒng)硬件組成 1.2.3嵌入式系統(tǒng)軟件組成 1.3典型嵌入式操作系統(tǒng) 1.3.1FreeRTOS 1.3.2睿賽德RT-Thread 1.3.3μC/OS-II 1.3.4嵌入式Linux 1.4嵌入式系統(tǒng)的分類 1.4.1按應(yīng)用對象的分類 1.4.2按功能和性能的分類 1.4.3按結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的分類 1.5嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 1.6嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實例 1.6.1智能機(jī)器人 1.6.2智能終端 1.6.3VR/AR產(chǎn)品 1.6.4applevisionpro的功能 1.6.5老年人健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 1.6.6自動駕駛 1.6.7APAX-5580/AMAX-5580邊緣智能控制器 1.6.8縫紉機(jī)機(jī)器人 1.6.9智能家用呼吸機(jī) 1.6.10智能家居控制系統(tǒng) 1.6.11國防工業(yè)嵌入式應(yīng)用實例 1.7嵌入式微處理器分類 1.7.1嵌入式處理器分類 1.7.2嵌入式處理器內(nèi)核架構(gòu) 習(xí)題第2章Arm處理器體系架構(gòu) （2學(xué)時）2.1嵌入式處理器概述 2.1.1微處理器的結(jié)構(gòu) 2.1.2微處理器指令執(zhí)行過程 2.1.3微處理器的體系結(jié)構(gòu) 2.2Arm體系架構(gòu)與編程模型 2.2.1Arm處理器體系架構(gòu)概述 2.2.2Arm編程模型 2.3Arm處理器內(nèi)存管理 2.3.1內(nèi)存映射 2.3.2集成外設(shè)寄存器訪問方法 2.4Arm異常處理 2.4.1Arm處理器異常類型 2.4.2Arm處理器對異常的響應(yīng) 2.5Cortex-M4的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 習(xí)題第3章STM32嵌入式微控制器（2學(xué)時） 3.1STM32微控制器概述 3.1.1STM32微控制器產(chǎn)品線 3.1.2STM32微控制器的命名規(guī)則 3.2STM32F407ZGT6概述 3.2.1STM32F407的主要特性 3.2.2STM32F407的主要功能 3.3STM32F407ZGT6芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3.4STM32F407VGT6芯片引腳和功能 3.5STM32F407VGT6最小系統(tǒng)設(shè)計 習(xí)題第4章STM32CubeMX的應(yīng)用（2學(xué)時） 4.1安裝STM32CubeMX 4.2安裝MCU固件包 4.2.1軟件庫文件夾設(shè)置 4.2.2管理嵌入式軟件包 4.3軟件功能與基本使用 4.3.1軟件界面 4.3.2新建項目 4.3.3MCU圖形化配置界面總覽 4.3.4MCU配置 4.3.5時鐘配置 4.3.6項目管理 4.3.7生成報告和代碼 習(xí)題第5章STM32CubeIDE開發(fā)平臺 （2學(xué)時）5.1安裝STM32CubeIDE 5.2STM32CubeIDE的操作 5.2.1新建和導(dǎo)入工程 5.2.2項目管理 5.2.3打開/關(guān)閉/刪除/切換/導(dǎo)出工程 5.2.4固件庫管理 5.2.5代碼編譯 5.2.6調(diào)試及運行配置 5.2.7啟動調(diào)試 5.3STM32CubeProgrammer軟件 5.4STM32CubeMonitor軟件 5.5STM32F407開發(fā)板的選擇 5.6STM32仿真器的選擇 習(xí)題第6章STM32通用輸入輸出接口 （4學(xué)時）6.1STM32通用輸入輸出接口概述 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 6.3GPIO的HAL驅(qū)動程序 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 6.5采用STM32Cube和HAL庫的GPIO輸出應(yīng)用實例 6.5.1STM32的GPIO輸出應(yīng)用硬件設(shè)計 6.5.2STM32的GPIO輸出應(yīng)用軟件設(shè)計 6.6采用STM32Cube和HAL庫的GPIO輸入應(yīng)用實例 6.6.1STM32的GPIO輸入應(yīng)用硬件設(shè)計 6.6.2STM32的GPIO輸入應(yīng)用軟件設(shè)計 習(xí)題第7章STM32中斷系統(tǒng) （3學(xué)時）7.1中斷概述 7.1.1中斷 7.1.2中斷的功能 7.1.3中斷源與中斷屏蔽 7.1.4中斷處理過程 7.1.5中斷優(yōu)先級與中斷嵌套 7.2STM32F4中斷系統(tǒng) 7.2.1STM32F4嵌套向量中斷控制器NVIC 7.2.2STM32F4中斷優(yōu)先級 7.2.3STM32F4中斷向量表 7.2.4STM32F4中斷服務(wù)函數(shù) 7.3STM32F4外部中斷／事件控制器EXTI 7.3.1STM32F4的EXTI內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7.3.2STM32F4的EXTI主要特性 7.4STM32F4中斷HAL驅(qū)動程序 7.4.1中斷設(shè)置相關(guān)HAL驅(qū)動程序 7.4.2外部中斷相關(guān)HAL函數(shù) 7.5STM32F4外部中斷設(shè)計流程 7.5.1NVIC設(shè)置 7.5.2中斷端口配置 7.5.3中斷處理 7.6采用STM32Cube和HAL庫的外部中斷設(shè)計實例 7.6.1STM32F4的外部中斷硬件設(shè)計 7.6.2STM32F4的外部中斷軟件設(shè)計 習(xí)題第8章STM32定時器系統(tǒng) （3學(xué)時）8.1STM32定時器概述 8.2STM32基本定時器 8.2.1基本定時器介紹 8.2.2基本定時器的功能 8.2.3基本定時器的寄存器 8.3STM32通用定時器 8.3.1通用定時器介紹 8.3.2通用定時器的功能描述 8.3.3通用定時器的工作模式 8.3.4通用定時器的寄存器 8.4STM32定時器HAL庫函數(shù) 8.4.1基礎(chǔ)定時器HAL驅(qū)動程序 8.4.2外設(shè)的中斷處理概念小結(jié) 8.5采用STM32Cube和HAL庫的定時器應(yīng)用實例 8.5.1STM32的通用定時器配置流程 8.5.2STM32的定時器應(yīng)用硬件設(shè)計 8.5.3STM32的定時器應(yīng)用軟件設(shè)計 習(xí)題第9章STM32通用同步異步收發(fā)器 （3學(xué)時）9.1串行通信基礎(chǔ) 9.1.1串行異步通信數(shù)據(jù)格式 9.1.2串行同步通信數(shù)據(jù)格式 9.2STM32的USART工作原理 9.2.1USART的主要特性 9.2.2USART的功能 9.2.3USART的通信時序 9.2.4USART的中斷 9.2.5USART的相關(guān)寄存器 9.3USART的HAL驅(qū)動程序 9.3.1常用功能函數(shù) 9.3.2常用的宏函數(shù) 9.3.3中斷事件與回調(diào)函數(shù) 9.4采用STM32Cube和HAL庫的USART串行通信應(yīng)用實例 9.4.1STM32的USART的基本配置流程 9.4.2STM32的USART串行通信應(yīng)用硬件設(shè)計 9.4.3STM32的USART串行通信應(yīng)用軟件設(shè)計 習(xí)題第10章STM32模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） （3學(xué)時）10.1模擬量輸入通道 10.1.1模擬量輸入通道的組成 10.1.2A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 10.2模擬量輸入信號類型與量程自動轉(zhuǎn)換 10.2.1模擬量輸入信號類型 10.2.2量程自動轉(zhuǎn)換 10.3STM32F407微控制器的ADC結(jié)構(gòu) 10.4STM32F407微控制器的ADC功能 10.4.1ADC使能和啟動 10.4.2時鐘配置 10.4.3轉(zhuǎn)換模式 10.4.4DMA控制 10.4.5STM32的ADC應(yīng)用特征 10.5ADC的HAL驅(qū)動程序 10.5.1常規(guī)通道 10.5.2注入通道 10.6采用STM32Cube和HAL庫的模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用實例 10.5.1STM32的ADC配置流程 10.5.2STM32的模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用硬件設(shè)計 10.5.3STM32的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用軟件設(shè)計 習(xí)題第11章STM32DMA控制器 （2學(xué)時）11.1STM32DMA的基本概念 11.1.1DMA的定義 11.1.2DMA傳輸?shù)幕疽?11.1.3DMA傳輸過程 11.2STM32DMA的結(jié)構(gòu)和主要特征 11.3STM32DMA的功能描述 11.3.1DMA處理 11.3.2仲裁器 11.3.3DMA通道 11.3.4DMA中斷 11.4DMA的HAL驅(qū)動程序 11.4.1DMA的HAL函數(shù)概述 11.4.2DMA傳輸初始化配置 11.4.3啟動DMA數(shù)據(jù)傳輸 11.4.4DMA的中斷 11.5采用STM32Cube和HAL庫的DMA應(yīng)用實例 11.5.1STM32的DMA配置流程 11.5.2STM32的DMA應(yīng)用硬件設(shè)計 11.5.3STM32的DMA應(yīng)用軟件設(shè)計 習(xí)題第12章嵌入式實時操作系統(tǒng)FreeRTOS （4學(xué)時）12.1FreeRTOS系統(tǒng)概述 12.1.1FreeRTOS的特點 12.1.2FreeRTOS的商業(yè)許可 12.1.3FreeRTOS的發(fā)展歷史 12.1.4FreeRTOS的功能 12.2FreeRTOS的源碼和相應(yīng)官方手冊獲取 12.3FreeRTOS系統(tǒng)移植 12.4FreeRTOS的文件組成 12.5FreeRTOS的編碼規(guī)則及配置和功能裁剪 12.6FreeRTOS的任務(wù)管理 12.6.1任務(wù)相關(guān)的一些概念 12.6.2FreeRTOS的任務(wù)調(diào)度 12.6.3任務(wù)管理相關(guān)函數(shù) 12.7進(jìn)程間通信與消息隊列 12.7.1進(jìn)程間通信 12.7.2隊列的特點和基本操作 12.8信號量 12.8.1二值信號量 12.8.2計數(shù)信號量 12.8.3互斥量 12.8.4遞歸互斥量 12.8.5相關(guān)函數(shù)概述 12.19FreeRTOS任務(wù)管理應(yīng)用實例 習(xí)題五、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，以目前的授課資源為基礎(chǔ)，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，積極采用啟發(fā)和研討式教學(xué)方法，促進(jìn)課堂的生動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動性和應(yīng)用的積極性，從而提高教學(xué)的質(zhì)量。課堂教學(xué)中對難點與重點內(nèi)容采用循序漸進(jìn)的方法，將基礎(chǔ)理論知識和實際工程應(yīng)用相結(jié)合，通過實際案例的分析、介紹，讓學(xué)生掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路及軟件分析和綜合設(shè)計的方法。此外，本課程的教學(xué)內(nèi)容將不斷更新，充分結(jié)合自動化學(xué)院的科研課題，引入一些理論和應(yīng)用的最新研究成果，拓寬學(xué)生的視野，從理論知識、分析能力、應(yīng)用能力和解決問題的能力方面不斷豐富教學(xué)內(nèi)容。（1）理論講解：通過課堂講授，向?qū)W生介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念、工作原理、設(shè)計方法和開發(fā)流程等基礎(chǔ)知識。理論講解是打下堅實基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)。（2）案例分析：選擇一些典型的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計案例，如智能家居、自動駕駛汽車、無人機(jī)等，分析它們的設(shè)計思路、實現(xiàn)技術(shù)和面臨的挑戰(zhàn)。通過案例分析，學(xué)生可以更好地理解理論知識在實際中的應(yīng)用。（3）實驗實踐：設(shè)置與課程內(nèi)容相關(guān)的實驗，讓學(xué)生親手操作嵌入式開發(fā)板、編寫嵌入式軟件，進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和測試。實驗實踐是提高學(xué)生動手能力和解決實際問題能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（4）項目設(shè)計：鼓勵學(xué)生團(tuán)隊合作，完成一個完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計項目。項目設(shè)計不僅能夠讓學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，還能培養(yǎng)他們的團(tuán)隊合作能力和項目管理能力。（5）翻轉(zhuǎn)課堂：通過讓學(xué)生在課前觀看視頻、閱讀資料等方式自學(xué)，然后在課堂上進(jìn)行討論、提問和解決問題。翻轉(zhuǎn)課堂能夠激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣，提高課堂效率。（6）講座和研討會：邀請嵌入式系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域的專家和工程師來學(xué)校做講座，分享他們的經(jīng)驗和見解。通過參加研討會，學(xué)生可以了解行業(yè)的最新動態(tài)和技術(shù)發(fā)展趨勢。（7）在線資源和工具：利用在線教學(xué)平臺和模擬軟件等工具，為學(xué)生提供更多