《嵌入式系统与应用》课程教学大纲课程名称：嵌入式系统与应用课程代码：ELEA2028英文名称：The Principle & Applications of Embedded System课程性质：专业选修课程学分/学时：2学分/36学时(18+18)开课学期：第7学期适用专业：电气工程及其自动化先修课程：计算机信息技术、C语言程序设计、计算机原理及应用、单片机原理与应用后续课程：无开课单位：机电工程学院课程负责人：王富东大纲执笔人：王家善大纲审核人：余雷一、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：《嵌入式系统与应用》是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课程。
本课程针对电气工程及其自动化专业的特点，结合单片机原理、电子技术和电力电子技术，以实际应用为导向，培养学生运用数字控制技术解决电气领域实际工程问题的能力。
教学目标：嵌入式系统是运用单片机技术，实现对各种模拟信号和数字信号的处理，并且结合具体的电路实现对于外部设备的控制。
本课程的主要内容包括：介绍嵌入式系统的基本概念，分类与定义、嵌入式系统的应用领域。
在此基础上，讲述应用单片机进行若干应用系统的硬件与软件设计的方法和技巧。
进一步了解和掌握嵌入式系统的设计方法与具体实现。
通过相关功能模块的理论讲授和实验训练，使学生掌握具体功能程序的编写和调试的能力，并通过参数设置与频率测量系统等综合设计实验，使学生了解综合软硬件功能进行系统设计，解决实际工程问题的路径及方法。
通过相关应用专题的功能讲解、技术剖析和代码演示，拓展学生的知识，了解和熟悉嵌入式系统技术在专业领域的应用情况，引导学生应用嵌入式系统技术解决与电气专业相关的具体工程问题，培养学生的工程应用能力。
本课程的具体教学目标如下：1.理解和掌握嵌入式系统实验箱的各个组成部分、功能以及详细的电路设计，为嵌入式系统软件开发做好准备；2.熟练掌握KEIL uvision2(或者KEIL uvision3等更高的版本)集成开发环境的使用方法，理解各种集成开发环境的参数含义和设置方法。
学习和掌握使用C51语言进行应用系统开发的过程与技巧。
培养学生综合设计程序框架和整体逻辑结构、解决工程实际应用中具体问题的能力；3.熟悉单片机测量与控制技术在电气工程领域实际应用的相关知识，通过几个基本的单片机实际应用训练项目,掌握单片机应用系统软件开发基本技能。
教学目标与毕业要求的对应关系：二、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、嵌入式系统的基础知识（2学时）（支撑教学目标1、2）1.1嵌入式系统的基本概念1.2嵌入式系统的分类与特点1.3嵌入式系统中的微处理器1.4嵌入式系统的组成1.5嵌入式系统的应用1.6嵌入式系统的开发与调试1.7本课程的教学内容、课程特点和学习要求➢目标及要求：1)掌握嵌入式系统的基本概念，定义、分类、组成、特点及嵌入式系统的应用领域2)了解嵌入式系统中各种微处理器：MPU、MCU、DSP、FPGA及SOC各自的特点∆3)了解嵌入式系统的开发与调试过程★∆4)了解本课程的主要教学内容、学习方法和主要参考资料。
➢讨论内容：讨论单片机、DSP、FPGA的功能和应用，讨论它们之间的差异➢作业内容：阅读参考教材，复习相关内容2、C语言程序设计基础（2学时）（支撑教学目标2）3.1C语言的发展历史3.2ANSI C语言与各种版本的C语言的区别3.3C语言的数据类型3.4C语言的函数与头文件、库函数3.5C语言的程序设计与开发过程➢目标及要求：1)了解C语言的数据类型2)了解C语言的头文件与函数、库函数3)了解C语言的程序设计与开发过程➢讨论内容：讨论C语言中的变量与存储器的关系➢作业内容：阅读参考教材，复习C语言程序设计基础知识3、从表准C到C51（4学时）（支撑教学目标2）3.1C51的硬件关联性3.2C51扩展关键字3.3C51中的代码和数据3.4C51的函数➢目标及要求：1)掌握的硬件关联性、C51扩展关键字★2)掌握C51的存储器说明与访问方式★3)了解C51的三种编译模式4)掌握C51的数据类型与存储★∆5)掌握C51中变量绝对地址的定义6)掌握C51中指针变量的使用方法7)了解C51中函数参数与返回值的传递，掌握工作寄存器组及中断函数的使用，了解C51的可重入函数及代码优化★∆➢讨论内容：讨论代码优化的方法➢作业内容：阅读参考教材，复习8051单片机的存储器组织及配置，复习C51语言程序设计基础内容4、C51的库函数与头文件（2学时）（支撑教学目标2）4.1头文件中定义的数据和数据类型4.2各类头文件4.3C51的启动文件和初始化文件➢目标及要求：1)了解头文件中定义的数据和数据类型2)了解C51各类头文件及其作用★3)掌握常用库函数的使用方法★4)了解C51的启动文件和初始化文件➢讨论内容：讨论在C51中标准输入/输出函数的使用方法，并与其在标准C中的功能进行比较➢作业内容：阅读参考教材，复习、阅读课上相关内容5、编译预处理和编译控制（2学时）（支撑教学目标2）5.1编译预处理5.2编译控制➢目标及要求：1)了解文件包含、宏定义及条件编译等编译预处理命令2)了解编译的文件产物、编译控制命令的分类和实现、编译控制命令的具体描述➢讨论内容：比较汇编与编译过程➢作业内容：阅读参考教材，复习、阅读编译预处理和编译控制相关内容➢自学拓展：阅读参考资料，学习编译原理6、C51中的混合编程（2学时）（支撑教学目标2）6.1C51程序的制作过程6.2在C51程序中插入汇编行6.3编写带有C51接口的汇编模块➢目标及要求：1)了解C51程序的制作过程、段的属性和段名前缀、数据目标及程序目标2)掌握在C51程序中插入汇编行的方法★3)通过实例，了解编写带有C51接口的汇编模块的方法∆➢讨论内容：汇编模块制作方法讨论；汇编语言、C语言混合编程的好处7、μVision下的典型设置和典型操作（2学时）（支撑教学目标2）7.1项目的创建、打开和关闭7.2项目选项的设置7.3项目中的文件设置7.4项目制作7.5项目调试7.6项目管理➢目标及要求：1)了解集成开发平台Keil μVision的功能和作用2)熟练掌握μVision下，项目的创建、打开和关闭★3)熟练掌握μVision下，项目中的文件设置★4)熟练掌握μVision下，项目的制作、调试、管理★➢讨论内容：开发平台对嵌入式系统研发的重要性，理想的IDE应包括哪些功能？➢作业内容：自行下载μVision软件，反复练习μVision的典型设置和典型操作➢自学拓展：自学其它IDE（集成开发软件平台）8、软件实验一：代码转换（3学时）（支撑教学目标1）8.1采用直接地址访问分离多字节压缩BCD码8.2采用变量操作分离多字节压缩BCD码➢目标及要求：1)分别采用直接地址访问与变量操作分离多字节压缩BCD码，将30H单元开始的连续5个压缩BCD码转换为ASCII码并存放在40H开始的单元2)熟悉μVision集成开发工具在软件模拟时的环境设置3)进一步熟练掌握μVision下，项目的制作、调试、管理4)通过编程实验，掌握BCD码、压缩BCD码和ASCII码间的区别和相互转换，掌握有限次循环程序的编写方法，掌握访问内部RAM和外部RAM的方法★➢讨论内容：如果是反向转换，程序应如何修改？存放数据的存储器如是外部RAM，程序应如何修改？➢作业内容：用标准输入输出函数实现本实验的输入、输出9、软件实验二：多字节数加减（3学时）（支撑教学目标1）9.1三字节BCD码相加9.2三字节BCD码相减➢目标及要求：1)编程实现三字节BCD码的加法，如678900H+123456H，其中被加数和加数分别存于内部RAM30H~32H和33H~35H，两数的和存入36H~38H，存储方式均为“大端对齐”（高位数存于低地址，低位数存于高地址）2)编程实现三字节BCD码的减加法，如678900H-123456H，其中被减数和减数分别存于内部RAM30H~32H和33H~35H，两数的差存入36H~38H，存储方式均为“大端对齐”3)熟练掌握μVision集成开发工具在软件模拟时的环境设置4)通过编程实验掌握多字节数的加减运算，掌握BCD加法调整指令及它的使用环境，了解数据存储时“大端对齐”的概念➢讨论内容：BCD码、压缩BCD码与二进制数的区别10、软件实验三：批量数据的统计与排序（3学时）（支撑教学目标1）10.1有符号数的统计10.2无符号数的排序➢目标及要求：1)片内RAM40H开始，连续存放有10个有符号数（自行设置10个单字节数），编程统计数据区中负数、0、正数的个数，分别存入30H~32H2)片内RAM30H开始，连续无序存放有10个无符号数（自行设置10个单字节数），编程将这批数据安升序排列整齐3)通过编程实验，掌握有符号数和无符号数的区别，掌握标志位和条件转移指令的使用，掌握多分支程序的编写，掌握不定循环次数程序的编写➢讨论内容：本实验如要改为降序排列，应如何改程序？11、实验装置介绍（2学时）（支撑教学目标1）11.1实验板总体结构和元器件布局11.2板上的实验资源11.3各单元电路的结构及使用➢目标及要求：1)了解实验板总体结构、元器件布局2)熟悉了解板上的实验资源3)熟练掌握各单元电路的结构及使用方法★∆➢自学拓展：自学拓展电磁兼容性方面的知识，了解供电电源、元器件布局、PCB制作对嵌入式系统电磁兼容性能的影响12、硬件实验一：参数设置操作界面（3学时）（支撑教学目标1、2、3）12.1LED数码管的显示驱动12.2按键操控显示➢目标及要求：1)编程实现对一组参数（30个参数）进行管理，通过4个按键来实现所有参数的显示、修改和存储2)通过对硬件电路的分析理解，掌握LED数码管的显示驱动方法，掌握软件读取各按键按下、释放状态的方法★3)按键处理程序要能够消除机械按键的抖动，能够适应不同人群的操作习惯，具有快速调整功能，具有一键多能的功能，调整与设置参数时要有上限和下限（0~200），要能够实现屏幕保护功能（检测出用户在给定时间内未按键）★∆➢讨论内容：增大上限和下限，对编程有何影响？➢作业内容：完成未及完成的程序13、硬件实验二：数字秒表设计（3学时）（支撑教学目标1、2、3）13.1定时器/计数器的设置及控制13.2定时中断的设置13.3中断程序的编写➢目标及要求：1)编程实现数字秒表功能，计时精度为0.01秒，需用3个按键进行操作：“开始”、“停止”、“清除”，用四位数码管显示00.00秒~99.99秒2)理解并掌握定时器/计数器的设置及控制★∆3)掌握定时中断的设置★∆4)掌握中断程序的编写方法★∆➢讨论内容：按键需要消抖处理吗？用定时器不同的工作方式对定时精度的影响影响秒表计时精度的因素有哪些？➢作业内容：完成未及完成的程序14、硬件实验三：数字频率表设计（3学时）（支撑教学目标1、2、3）15.1频率测量的M法15.2频率测量的T法15.3频率测量的M/T法➢目标及要求：1)编程实现以M/T法测量被测信号的频率，并用四位数码管显示之2)了解板上振荡电路的工作原理3)进一步强化定时中断的应用★4)理解并掌握频率测量的三种方法，各自的适用范围★∆➢讨论内容：影响频率测量精度的因素有哪些?➢作业内容：完成未及完成的程序三、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。