《智能儀器設(shè)計技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《智能儀器設(shè)計技術(shù)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱智能儀器設(shè)計技術(shù)TechnologyofIntelligentInstrumentDesign課程編碼CTL422611020開課院部控制科學(xué)與工程學(xué)院課程團隊測控儀器學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時32講授32實驗0上機0實踐0課外學(xué)時32適用專業(yè)測控技術(shù)與儀器授課語言中文先修課程工程制圖、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機原理、傳感器與檢測技術(shù)（2-1）、精密機械設(shè)計課程簡介（必修）本課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門必修課。本課程要求學(xué)生熟悉儀器基本特征，識別并描述智能儀器設(shè)計時的關(guān)鍵模塊；通曉智能儀器機械設(shè)計及人機工程學(xué)一般知識；掌握以STM32微處理器為核心的系統(tǒng)設(shè)計方法；明晰輸入輸出通道、人機接口、數(shù)字通信接口等電路設(shè)計規(guī)則和編程技術(shù)；熟知智能化儀表的抗干擾技術(shù)和監(jiān)控程序功能及設(shè)計方法。本課程強調(diào)課外實驗和課內(nèi)討論環(huán)節(jié)，課外著重開展基于微處理器的功能性模型實驗研究；課內(nèi)針對具體智能儀器設(shè)計實例進行充分交流，使學(xué)生掌握儀器實際設(shè)計過程中所涉及的具體方法與技巧，具備智能儀器的初步設(shè)計能力；對儀器各組成單元的基本工作原理、性能指標以及它們在整體儀器中的作用形成明確認識，具有解決現(xiàn)代儀器設(shè)計開發(fā)過程中實際問題的專業(yè)基礎(chǔ)水平。Thisisacompulsorycourseforstudentswhomajorinmeasurement&controltechnologyandinstrument.Afterlearningthiscourse,studentswillbefamiliarwiththebasicfeaturesofinstruments,canrecognizeanddescribekeymodulesduringtheprocessofinstrumentdesign,haveacomprehensiveknowledgeonthemechanicaldesignandhuman-machineinterfacedesignofintelligentinstruments.StudentscanmasterthesystemdesignmethodbasedonSTM32MCU，suchasinputandoutputchannels,human-machineinterface,digitalcommunicationinterface,andsoon.Thiscourseemphasizestheimportanceofoff-classexperiments,andin-classdiscussions.StudentsarerequiredtomakeexperimentsonSTM32developingboardafterclass,andarerequiredtoexchangeideasonhowtodesignarealinstrument.Therefore,studentscanmasterdetailedmethodsandskillsinvolvedinthedesignprocess,andacquirebasicabilitiesindesigningintelligentinstruments.Studentscanformaclearunderstandingofbasicworkingprinciplesofinstrumentcomponents,performanceandfunctionsintheoverallinstrument,thusgainprofessionalskillsofsolvingpracticalproblemsinthedesigningofmoderninstruments.負責(zé)人大綱執(zhí)筆人、審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務(wù)自選1M1目標1：掌握本專業(yè)所需的數(shù)學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，并能將相關(guān)知識用于復(fù)雜儀器系統(tǒng)的設(shè)計與綜合。是1.42M2目標2：掌握智能儀器基本概念，熟悉智能儀器基本特征，識別并描述智能儀器設(shè)計的關(guān)鍵模塊。是2.13M3目標3：針對具體的儀器設(shè)計要求，能夠給出多種硬件和軟件解決方案，通過分析對比確定合適的方案，并體現(xiàn)一定的創(chuàng)新意識。是3.24M4目標4：掌握以STM32微處理器為核心的智能儀器設(shè)計方法，能熟練使用電路設(shè)計和仿真軟件，能熟練使用STM32微處理器軟件開發(fā)工具軟件，并熟悉程序設(shè)計和調(diào)試方法。是5.25M5目標5：針對智能儀器設(shè)計，能熟練使用機械建模軟件、電路設(shè)計和仿真軟件，對復(fù)雜問題進行預(yù)測和模擬，并能理解其局限性。是5.46M6目標6：能組建團隊完成一個儀器設(shè)計項目，小組成員之間分工明確，能夠完成自身的任務(wù)，培養(yǎng)團結(jié)合作精神。是9.27M7目標7：了解智能儀器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，具有自主學(xué)習(xí)能力，能夠適應(yīng)和理解測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域新技術(shù)或設(shè)備的發(fā)展。是12.2三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第1章第一章儀器設(shè)計技術(shù)概論本章重點難點：儀器設(shè)計要求、設(shè)計步驟及模塊化設(shè)計思想/////21.11.1儀器的構(gòu)成及其特點儀器概念，信息與儀器，現(xiàn)代儀器設(shè)計技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢M1,M2,M71講授1自學(xué)31.21.2儀器設(shè)計的基本要求及一般步驟儀器總體設(shè)計要求，設(shè)計依托原理，設(shè)計任務(wù)分析，設(shè)計原則，技術(shù)指標及模塊化設(shè)計思想M1,M2,M71講授1自學(xué)4第二章第二章人機工程學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)人機特性及人—機關(guān)系，CreO三維機械結(jié)構(gòu)造型基本方法/////52.12.1人機工程學(xué)主要研究內(nèi)容人特性、機特性、環(huán)境特性的研究，人—機、人—機—環(huán)的關(guān)系M3,M51講授/討論1自學(xué)62.22.2人機工程學(xué)主要研究方法觀察法、實測法、實驗法、計算機數(shù)值仿真法、分析法、調(diào)查研究法M2,M3,M51講授/討論1自學(xué)72.32.3儀器機械結(jié)構(gòu)計算機輔助設(shè)計方法計算機輔助設(shè)計，CreO設(shè)計軟件，裝配基礎(chǔ)知識、基本造型方法M2,M3,M52講授/討論4作業(yè)8第三章第三章基于STM32的智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)本章重點難點：STM32F4開發(fā)工具軟件的使用，常用外設(shè)的接口電路和軟件編程/////93.13.1嵌入式處理器概述各種單片機、DSP、ARM處理器功能特點和適用場景，特別是STM32系列處理器的分類和應(yīng)用場景，STM32F4處理器基本結(jié)構(gòu)和功能，開發(fā)板的功能。M2,M3,M5,M71講授/討論1自學(xué)103.23.2STM32軟件開發(fā)環(huán)境的基本使用各種STM32開發(fā)IDE工具軟件的對比，STM32CubeMX和STM32CubeIDE軟件的特點和基本使用。M3,M4,M52講授2自學(xué)113.33.3中斷系統(tǒng)和外部中斷STM32F4的中斷向量表NVIC的結(jié)構(gòu)，中斷處理的一般流程。外部中斷EXTI的功能和使用。M3,M4,M52講授2自學(xué)123.43.4FSMC接口與TFTLCD驅(qū)動FSMC接口功能，與TFTLCD的接口原理和初始化配置。LCD驅(qū)動程序的使用。M3,M4,M52講授2自學(xué)133.53.5定時器三類定時器的功能特點和基本結(jié)構(gòu)，定時器的定時、PWM輸出的原理和使用。M3,M4,M5,M62講授/討論2自學(xué)/作業(yè)14(Err)作業(yè)1定時器輸出PWM波控制蜂鳴器，靈活改變PWM波頻率，演奏樂譜。/////153.63.6實時時鐘RTCRTC結(jié)構(gòu)原理，RTC的周期喚醒、鬧鐘、入侵檢測等工作模式的原理和使用。M3,M4,M51講授1自學(xué)163.73.7UART接口和DMAUART通訊原理和編程方法，串口通訊協(xié)議的設(shè)計原理。DMA的原理，UART使用DMA通訊的原理。M3,M4,M52講授2自學(xué)173.83.8ADC數(shù)據(jù)采集片上ADC功能特點、參數(shù)設(shè)置和編程方法。輪詢、中斷、DMA模式的ADC數(shù)據(jù)采集方法。M3,M4,M52講授2自學(xué)183.93.9SPI接口SPI接口原理、參數(shù)設(shè)置和編程方法。SPI接口的Flash存儲芯片的驅(qū)動程序原理和使用。M3,M4,M52講授2自學(xué)193.103.10I2C接口I2C接口原理、參數(shù)配置和編程方法。EEPROM存儲器24C02的電路接口、通訊協(xié)議和編程使用方法。M3,M4,M5,M62講授/討論2自學(xué)/作業(yè)20(Err)作業(yè)2針對開發(fā)板上的MPU6050傳感器，研究其接口和通訊協(xié)議，編程實現(xiàn)MPU6050數(shù)據(jù)的采集與顯示。/////213.113.11低功耗設(shè)計STM32F4的三種低功耗模式的特點和使用，STM32CubeMX中功耗分析工具的使用。M3,M4,M52講授2自學(xué)22第四章第四章智能儀器的抗干擾技術(shù)本章重點難點：形成干擾的三個條件，抑制干擾的常用措施/////234.14.1干擾的來源和特點干擾的來源及其傳輸途徑，干擾信號的耦合方式，差模干擾和共模干擾。M1,M21講授/討論1自學(xué)244.24.2抗干擾技術(shù)常用的抑制干擾措施。M1,M21講授/討論1自學(xué)25第五章第五章監(jiān)控程序功能及設(shè)計方法本章重點難點：監(jiān)控程序的功能和組成/////265.15.1監(jiān)控程序設(shè)計監(jiān)控程序的功能和組成，監(jiān)控主程序和初始化管理，鍵盤管理的多種方式，顯示、中斷與時鐘管理以及硬件故障的自檢。M3,M5,M72講授/討論2自學(xué)27第六章第六章儀器設(shè)計研討專題本章重點：設(shè)計儀器的基本方法、設(shè)計儀器的一般思路本章難點：設(shè)計儀器的一般思路/////286.16.1項目討論從學(xué)生儀器開發(fā)項目中選擇1~2個實例進行專題研討。M3,M4,M5,M62講授/討論4報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.根據(jù)教學(xué)內(nèi)容布置2-3個編程任務(wù)作業(yè)。2.成績采用百分制，根據(jù)程序質(zhì)量、報告質(zhì)量評、以及是否及時獨立完成等評分。3.考核學(xué)生對STM32開發(fā)編程的掌握情況，學(xué)生要綜合應(yīng)用所學(xué)的知識和工具軟件開發(fā)程序，并在開發(fā)板上測試通過。25%2大作業(yè)1.本課程要求學(xué)生分組開展設(shè)計類實驗；給出針對某一智能儀器的設(shè)計方案（包括硬件、軟件和實驗）。2.根據(jù)設(shè)計報告評分。30%3期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。3.主要考核學(xué)生對智能儀器設(shè)計基本知識的掌握能力以及學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題和論述題等。40%4考勤隨機點名、刷卡點名等5%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1大作業(yè)40%A-需求及功能分析完整；器件選型及電路設(shè)計正確；儀器性能指標明確；功能驗證實驗設(shè)計合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖美觀規(guī)范;B-需求及功能分析較完整；器件選型及電路設(shè)計較正確；儀器性能指標較明確；功能驗證實驗設(shè)計較合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖基本規(guī)范;C-需求及功能分析基本完整；器件選型及電路設(shè)計基本正確；儀器性能指標基本明確；功能驗證實驗設(shè)計基本合理；有機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖;D-需求及功能分析基本不完整；器件選型及電路設(shè)計不正確；儀器性能指標不明確；功能驗證實驗設(shè)計不合理；缺少機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖.2M1期末考試60%（見試卷評分標準）3M2平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。設(shè)計思路清晰簡潔，報告內(nèi)容詳盡，格式合理;B-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。程序設(shè)計不夠優(yōu)化，報告內(nèi)容比較全面，格式合理;C-按時完成，程序運行結(jié)果正確，設(shè)計思路基本正確，報告內(nèi)容基本完整;D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，程序設(shè)計思路混亂，報告內(nèi)容不完整，格式混亂;4M2大作業(yè)30%A-需求及功能分析完整；器件選型及電路設(shè)計正確；儀器性能指標明確；功能驗證實驗設(shè)計合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖美觀規(guī)范;B-需求及功能分析較完整；器件選型及電路設(shè)計較正確；儀器性能指標較明確；功能驗證實驗設(shè)計較合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖基本規(guī)范;C-需求及功能分析基本完整；器件選型及電路設(shè)計基本正確；儀器性能指標基本明確；功能驗證實驗設(shè)計基本合理；有機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖;D-需求及功能分析基本不完整；器件選型及電路設(shè)計不正確；儀器性能指標不明確；功能驗證實驗設(shè)計不合理；缺少機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖.5M2期末考試50%（見試卷評分標準）6M3平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。設(shè)計思路清晰簡潔，報告內(nèi)容詳盡，格式合理;B-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。程序設(shè)計不夠優(yōu)化，報告內(nèi)容比較全面，格式合理;C-按時完成，程序運行結(jié)果正確，設(shè)計思路基本正確，報告內(nèi)容基本完整;D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，程序設(shè)計思路混亂，報告內(nèi)容不完整，格式混亂;7M3大作業(yè)30%A-需求及功能分析完整；器件選型及電路設(shè)計正確；儀器性能指標明確；功能驗證實驗設(shè)計合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖美觀規(guī)范;B-需求及功能分析較完整；器件選型及電路設(shè)計較正確；儀器性能指標較明確；功能驗證實驗設(shè)計較合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖基本規(guī)范;C-需求及功能分析基本完整；器件選型及電路設(shè)計基本正確；儀器性能指標基本明確；功能驗證實驗設(shè)計基本合理；有機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖;D-需求及功能分析基本不完整；器件選型及電路設(shè)計不正確；儀器性能指標不明確；功能驗證實驗設(shè)計不合理；缺少機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖.8M3期末考試50%（見試卷評分標準）9M4平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。設(shè)計思路清晰簡潔，報告內(nèi)容詳盡，格式合理;B-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。程序設(shè)計不夠優(yōu)化，報告內(nèi)容比較全面，格式合理;C-按時完成，程序運行結(jié)果正確，設(shè)計思路基本正確，報告內(nèi)容基本完整;D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，程序設(shè)計思路混亂，報告內(nèi)容不完整，格式混亂;10M4大作業(yè)30%A-需求及功能分析完整；器件選型及電路設(shè)計正確；儀器性能指標明確；功能驗證實驗設(shè)計合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖美觀規(guī)范;B-需求及功能分析較完整；器件選型及電路設(shè)計較正確；儀器性能指標較明確；功能驗證實驗設(shè)計較合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖基本規(guī)范;C-需求及功能分析基本完整；器件選型及電路設(shè)計基本正確；儀器性能指標基本明確；功能驗證實驗設(shè)計基本合理；有機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖;D-需求及功能分析基本不完整；器件選型及電路設(shè)計不正確；儀器性能指標不明確；功能驗證實驗設(shè)計不合理；缺少機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖.11M4期末考試50%（見試卷評分標準）12M5平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。設(shè)計思路清晰簡潔，報告內(nèi)容詳盡，格式合理;B-獨立思考、按時完成，程序運行結(jié)果正確。程序設(shè)計不夠優(yōu)化，報告內(nèi)容比較全面，格式合理;C-按時完成，程序運行結(jié)果正確，設(shè)計思路基本正確，報告內(nèi)容基本完整;D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，程序設(shè)計思路混亂，報告內(nèi)容不完整，格式混亂;13M5大作業(yè)30%A-需求及功能分析完整；器件選型及電路設(shè)計正確；儀器性能指標明確；功能驗證實驗設(shè)計合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖美觀規(guī)范;B-需求及功能分析較完整；器件選型及電路設(shè)計較正確；儀器性能指標較明確；功能驗證實驗設(shè)計較合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖基本規(guī)范;C-需求及功能分析基本完整；器件選型及電路設(shè)計基本正確；儀器性能指標基本明確；功能驗證實驗設(shè)計基本合理；有機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖;D-需求及功能分析基本不完整；器件選型及電路設(shè)計不正確；儀器性能指標不明確；功能驗證實驗設(shè)計不合理；缺少機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖.14M5期末考試50%（見試卷評分標準）15M6大作業(yè)100%A-需求及功能分析完整；器件選型及電路設(shè)計正確；儀器性能指標明確；功能驗證實驗設(shè)計合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖美觀規(guī)范;B-需求及功能分析較完整；器件選型及電路設(shè)計較正確；儀器性能指標較明確；功能驗證實驗設(shè)計較合理；機械設(shè)計圖（2D或3D）、電路結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖基本規(guī)范;C-需求及功能分析基本完整；器件選型及電路設(shè)計基本正確；儀器性能指標基本明確；功能驗證實驗設(shè)計基本合理；有