嵌入式系統(tǒng)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)工程 課程教學大綱

《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》實驗課程教學大綱一、課程簡介課程中文名嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程英文名EmbeddedSystemDesign雙語授課￡是t否課程代碼10112129課程學分2總學時數(shù)48課程類別□專業(yè)基礎(chǔ)課程□專業(yè)核心課程□專業(yè)選修課程□其他課程性質(zhì)t必修□選修￡其他課程形態(tài)□線上t線下￡線上線下混合式□社會實踐□虛擬仿真實驗教學考核方式□閉卷t開卷□課程論文t課程作品￡匯報展示¨報告¨課堂表現(xiàn)￡階段性測試t平時作業(yè)□其他（可多選）開課學院大數(shù)據(jù)及智能工程學院開課系(教研室)物聯(lián)網(wǎng)工程系面向?qū)I(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程開課學期第4學期先修課程C語言程序設(shè)計、電路與電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、Python程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成原理后續(xù)課程物聯(lián)網(wǎng)通信與安全技術(shù)、機器學習選用教材1.梁晶等.嵌入式系統(tǒng)原理與應用（微課版）[M].北京:人民郵電出版社,2021.2.李正軍等.STM32嵌入式系統(tǒng)原理與應用，北京：機械工業(yè)出版社，2022參考書目1.王宜懷等.RISC-V嵌入式開發(fā)實踐——基于CH32V307微控制器[M].北京:北京航空航天大學出版社,2022.2.蘇李果等.STM32嵌入式技術(shù)應用開發(fā)全案例實踐[M].北京:人民郵電出版社,2021.3.郭志勇.嵌入式技術(shù)與應用開發(fā)項目教程（STM32版）[M].北京:人民郵電出版社,2022.課程資源超星（網(wǎng)站：/course-ans/courseportal/235968451.html）課程簡介《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的必修課，是一門重要的專業(yè)實踐課程。通過本課程學習，學生能夠了解嵌入式系統(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用方法；能夠進行嵌入式系統(tǒng)硬件電路分析、設(shè)計，并應用高級程序設(shè)計語言為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應用程序，能夠完成嵌入式系統(tǒng)的組裝、調(diào)試任務；能夠具有實事求是的嚴謹細致的科學態(tài)度和分析工程技術(shù)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，提高自身專業(yè)綜合素質(zhì)，增強職業(yè)拓展能力，為物聯(lián)網(wǎng)應用，人工智能機器學習等后續(xù)課程學習打下堅實基礎(chǔ)。二、課程目標表1課程目標序號具體課程目標課程目標1明晰嵌入式系統(tǒng)的基本概念，能夠辯別嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、特征、數(shù)據(jù)傳輸與存儲方法，能夠簡述嵌入式系統(tǒng)的模塊、功能及應用場景，區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的分類及拓撲結(jié)構(gòu)，能夠識別嵌入式系統(tǒng)的接口原理與操作流程；陳述嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢，識別并能夠應用國內(nèi)元器件，應用國產(chǎn)的工具軟件和操作系統(tǒng)等，促進技術(shù)研究與應用，培養(yǎng)科技報國的家國情懷和使命擔當。課程目標2能夠根據(jù)應用選擇合適的嵌入式系統(tǒng)所需的處理器、傳感器、執(zhí)行部件及通信模塊，能夠描述的不同接口電路的使用方式，能夠利用嵌入式系統(tǒng)獲取傳感器數(shù)據(jù)，控制執(zhí)行部件和對外數(shù)據(jù)通信的能力，以及具備滿足工業(yè)環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性，及通信協(xié)議的要求。養(yǎng)成積極主動的學習態(tài)度，具備求真務實的工作作風，具有精益求精的工匠精神，樹立科技強國的使命擔當。課程目標3能夠通過項目學習與應用，描述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體構(gòu)架，綜合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中各層次的各種技術(shù)，描述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組建方式和過程，為團隊協(xié)作中承擔負責人打下基礎(chǔ)。也培養(yǎng)起團隊協(xié)作的優(yōu)秀工程素養(yǎng)。表2-1課程目標與畢業(yè)要求對應關(guān)系（物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)）畢業(yè)要求指標點課程目標4.研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對物聯(lián)網(wǎng)復雜工程問題進行研究，設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。【H】4.3能選用、搭建或開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)實驗環(huán)境，開展實驗并正確記錄、整理實驗數(shù)據(jù)，對實驗結(jié)果進行分析和解釋，得到合理有效的結(jié)論，并確定結(jié)論的影響因素。課程目標15.使用現(xiàn)代工具：能夠針對物聯(lián)網(wǎng)復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對物聯(lián)網(wǎng)復雜工程問題預測與模擬，并能夠理解其局限性?！綧】5.2能夠根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)復雜工程問題需求，利用網(wǎng)絡查詢、檢索專業(yè)文獻資料等方式獲取技術(shù)資源。開發(fā)或選擇恰當?shù)能浻布脚_、信息資源、現(xiàn)代工程工具和計算機專業(yè)模擬軟件。課程目標29.個人和團隊：能夠在多學科背景下的團隊中理解與承擔個體、團隊成員以及負責人的角色?！綥】9.2能夠在多學科背景下主動與其他成員協(xié)同開展工作，吸納團隊其他成員的意見與建議，能夠承擔負責人的角色。課程目標3三、課程教學內(nèi)容與方法表3課程目標、教學內(nèi)容和方法對應關(guān)系序號項目名稱項目來源教學目標（觀測點、重難點）學時數(shù)項目類型要求每組人數(shù)教學方法課程目標1LED燈閃爍工程實踐1.學生能夠安裝軟件平臺，熟悉應用軟件4設(shè)計性必做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解CPU最小系統(tǒng)及LED燈控制電路（重點）3.學生能夠熟悉燒錄、測試驗證開發(fā)板情況（重點）2交通信號燈控制工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠理解多開關(guān)量分組控制（重點）6設(shè)計性必做2案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標2、32.學生能夠分析十字路口交通信號燈業(yè)務流程3.學生能夠設(shè)計并測試交通信號燈控制（難點）3按鍵控制聲光報警工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠理解按鍵多種輸入方式（重點）4設(shè)計性必做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解三極管控制蜂鳴器電路3.學生能夠設(shè)計并測試按鍵控制聲光報警（難點）4雷達控制直流電機工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠理解按鍵多種輸入方式（重點）6設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解三極管控制蜂鳴器電路3.學生能夠設(shè)計并測試按鍵控制聲光報警（難點）5步進電機控制工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠理解步進電機轉(zhuǎn)速和方向控制原理（重點）6設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠分析步進電機控制電路3.學生能夠設(shè)計并測試步進電機控制儀表盤顯示（重點）6PWM控制燈光工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠理解定時器原理（重點）4設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠分析PWM控制原理（難點）3.學生能夠設(shè)計并測試PWM控制燈光亮度（重點）7JSON串口通信工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠理解串口通信（重點）6設(shè)計性必做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠分析JSON格式數(shù)據(jù)構(gòu)建與解析3.學生能夠設(shè)計并測試JSON串口通信（難點）8超聲波測距工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠理解超聲波測距原理6設(shè)計性選做1視頻學習案例教學實驗指導視頻學習課程目標1、22.學生能夠分析定時器輸入捕獲原理（難點）3.學生能夠設(shè)計并測試超聲波測距（重點）9土壤墑情傳感器數(shù)據(jù)上傳工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解工業(yè)總線RS485通信6設(shè)計性選做5案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標1、2、32.學生能夠理解ModBus協(xié)議，通信可靠性（重點）3.學生能夠設(shè)計并測試土壤墑情傳感器數(shù)據(jù)上傳（重點）10工業(yè)震動傳感器數(shù)據(jù)上傳工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解工業(yè)總線RS485組網(wǎng)通信6設(shè)計性選做5案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標1、2、32.學生能夠理解ModBus協(xié)議（重點）3.學生能夠設(shè)計并測試工業(yè)震動傳感器數(shù)據(jù)上傳（重點）11三軸加速度數(shù)據(jù)上傳工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解I2C總線通信4設(shè)計性選做1案例教學實驗指導視頻學習案例教學實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解三軸加速度MPU6050通信協(xié)議3.學生能夠設(shè)計并測試三軸加速度數(shù)據(jù)上傳（重點）12溫度傳感器數(shù)據(jù)上傳工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解單總線（1-wire）通信原理4設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解DS18B20讀寫流程3.學生能夠設(shè)計并測試溫度傳感器數(shù)據(jù)上傳（重點）13溫濕度傳感器數(shù)據(jù)上傳工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解單總線（1-wire）通信原理4設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解DHT11讀寫流程3.學生能夠設(shè)計并測試溫濕度傳感器數(shù)據(jù)上傳（重點）14PAC9685控制舵機工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解I2C總線通信4設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解PWM控制舵機原理3.學生能夠設(shè)計并測試PAC9685控制舵機（重點）15LCD屏實時顯示工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解SPI總線通信6設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解ADC轉(zhuǎn)換（重點）3.學生能夠設(shè)計并測試LCD屏實時顯示心率（難點）16擴展閃存讀寫工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解SPI總線通信4設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解讀、擦除與寫操作3.學生能夠設(shè)計并測試擴展閃存讀寫（難點）17光強傳感器控制LED和窗簾工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解光強傳感器6綜合性選做1案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標1、22.學生能夠控制LED燈補光和窗簾遮光模型（難點）3.學生能夠設(shè)計并測試光強傳感器控制LED和窗簾18DAC波形輸出工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解DAC原理4設(shè)計性選做1案例教學視頻學習實驗指導課程目標1、22.學生能夠理解波形輸出原理3.學生能夠設(shè)計并測試DAC波形輸出（難點）19WIFI遠程監(jiān)控LED燈工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解WIFI程序規(guī)劃6綜合性選做2案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標1、2、32.學生能夠理解云邊協(xié)同流程3.學生能夠設(shè)計數(shù)據(jù)上傳與指令下達（難點）20IAP與OTA應用工程實踐教師開發(fā)1.學生能夠了解片內(nèi)存儲器讀寫4設(shè)計性選做2案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標1、2、32.學生能夠理解Bootloader和App存儲空間布局3.學生能夠設(shè)計Bootloader和App程序及調(diào)試（難點）21RT-Thread應用工程實踐1.學生能夠了解RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)6設(shè)計性選做4案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標1、2、32.學生能夠理解RT-Thread系統(tǒng)框架3.學生能夠移植RT-Thread系統(tǒng)并調(diào)試（難點）22鴻蒙系統(tǒng)設(shè)備應用工程實踐1.學生能夠了解鴻蒙操作系統(tǒng)6設(shè)計性選做4案例教學視頻學習分組討論實驗指導課程目標1、2、32.學生能夠理解鴻蒙系統(tǒng)框架3.學生能夠移植鴻蒙系統(tǒng)并調(diào)試（難點）

四、課程考核（一）考核內(nèi)容與考核方式表4-1課程目標、考核內(nèi)容與考核方式對應關(guān)系課程目標考核內(nèi)容所屬學習項目考核占比考核方式課程目標11.CPU架構(gòu)CPU架構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)40%開卷考試/實驗設(shè)計/平時作業(yè)2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU架構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.LED燈閃爍I/O輸入輸出應用4.步進電機控制I/O輸入輸出應用5.PWM控制燈光定時器及應用6.超聲波測距定時器及應用7.溫濕度傳感器數(shù)據(jù)上傳單總線及應用8.擴展閃存讀寫SPI及應用9.DAC波形輸出A/D、D/A及應用課程目標21.按鍵控制聲光報警I/O輸入輸出應用40%開卷考試/實驗設(shè)計/平時作業(yè)/期中考核2.雷達控制直流電機I/O輸入輸出應用3.三軸加速度數(shù)據(jù)上傳I2C及應用4.PAC9685控制舵機I2C及應用5.溫度傳感器數(shù)據(jù)上傳單總線及應用6.JSON串口通信UART及應用7.LCD屏實時顯示數(shù)據(jù)SPI及應用8.IAP與OTA應用OTA及應用課程目標31.交通信號燈控制I/O輸入輸出應用20%開卷考試/實驗設(shè)計/平時作業(yè)/期中考核2.土壤墑情傳感器數(shù)據(jù)上傳UART及應用3.工業(yè)震動傳感器數(shù)據(jù)上傳UART及應用4.光強傳感器控制LED和窗簾A/D、D/A及應用5.WIFI遠程監(jiān)控LED燈A/D、D/A及應用6.RT-Thread應用設(shè)備操作系統(tǒng)應用7.鴻蒙系統(tǒng)設(shè)備應用設(shè)備操作系統(tǒng)應用合計100%表4-2課程目標與考核方式矩陣關(guān)系課程目標考核方式考核占比課堂表現(xiàn)2%作業(yè)4%期中考核4%項目展示20%項目報告20%期末考試成績50%課程目標161%24%48%27%40%45%40%=2%*61%+4%*24%+4%*48%+20%*27%+20%*40+50%*45%課程目標20%60%25%23%35%50%40%=2%*0%+4%*60%+4%*25%+20%*23%+20%*35+50%*50%課程目標339%16%27%50%25%5%20%=2%*39%+4%*16%+4%*27%+20%*50%+20%*25+50%*5%（二）成績評定1.平時成績評定（1）課堂表現(xiàn)（20分）：學生在課堂上的表現(xiàn)情況、發(fā)言與回答問題情況，評價學生的課程參與能力。（包括專業(yè)認同、理想信念、家國情懷、社會責任、學習態(tài)度、學習興趣、團隊合作與終身學習意識等）。（2）平時作業(yè)（40分）：學生平時作業(yè)的完成情況。（3）期中測驗（40分）：半期考核情況，評價學生前半期學習情況。2.實驗成績評定（100分）：根據(jù)學生課堂實驗項目的演示及答辯、實驗報告完整性和質(zhì)量評判。（1）項目演示及答辯（50分）：學生課堂實驗項目的演示及答辯（2）實驗報告（50分）：學生課堂實驗項目的演示及答辯3.期末成績評定主要考察學生對嵌入式處理器架構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本概念、基本接口的理解與運用，利用嵌入式系統(tǒng)的基本概念和思想去分析和設(shè)計解決實際工程問題?？己朔绞綖殚_卷考試。4.總成績評定總成績=平時成績（10%）+實驗成績（40%）+期末試卷成績（50%）?？己隧椖吭u分標準90-100分80-90分70-80分60-70分0-60分課堂表現(xiàn)嚴格遵守課堂紀律，按要求完成課堂練習且正確率高。積極主動參與課堂討論，討論表述的論點正確有新意，有自己的見解，能體現(xiàn)良好的職業(yè)道德、職業(yè)使命感和社會責任感。實驗課不遲到早退，遵守機房管理規(guī)范、愛護實驗設(shè)備，積極與老師互動，按時提交實驗報告。遵守課堂紀律，按要求完成課堂練習且正確率比較高。經(jīng)常參與課堂討論，表述的論點正確，有一定新意，討論能體現(xiàn)良好的職業(yè)道德、職業(yè)使命感和社會責任感。實驗課不遲到早退，遵守機房管理規(guī)范、愛護實驗設(shè)備，課上老師互動一般，按時提交實驗報告。比較遵守課堂紀律，按要求完成課堂練習且有一定正確率。較少參與課堂討論，表述的論點基本正確，討論基本能體現(xiàn)職業(yè)道德、職業(yè)使命感和社會責任感。實驗課不遲到早退，遵守機房管理規(guī)范、愛護實驗設(shè)備，課上不積極與老師互動，未按時提交實驗報告。比較遵守課堂紀律，按要求基本完成課堂練習且有基本正確。偶爾參與課堂討論，表述思路一般，邏輯性不強，說服力一般。實驗課有遲到早退現(xiàn)象，實驗室上不認真聽講，課上不積極與老師互動，未按時提交實驗報告。不太遵守課堂紀律，不參與課堂討論，未按要求完成課堂練習或正確率低。實驗課缺課，未提交實驗報告平時作業(yè)完全、準確地掌握各章節(jié)的基本內(nèi)容和重點、難點知識，能夠利用所學知識獨立按時完成指定作業(yè)。解答問題思路清晰，分析準確，結(jié)論具有創(chuàng)新性。態(tài)度認真，字跡工整。基本準確地掌握各章節(jié)的基本內(nèi)容和重點、難點知識，能夠利用所學知識獨立按時完成指定作業(yè)。解答問題思路較清晰，分析準確，結(jié)論具有一定創(chuàng)新性。態(tài)度認真，字跡工整。基本掌握各章節(jié)的基本內(nèi)容和重點、難點知識，能夠利用所學知識獨立按時完成指定作業(yè)。解答問題思路比較清晰，分析準確。態(tài)度認真，字跡工整基本掌握各章節(jié)的基本內(nèi)容和重點、難點知識，能夠利用所學知識完成指定作業(yè)。解答問題思路較清晰，分析較準確。態(tài)度一般，字跡基本工整對各章節(jié)的基本內(nèi)容和重點、難點知識不了解，未按時完成指定作業(yè)。解答問題思路不清晰，分析不準確。態(tài)度不認真，字跡潦草難于辨認。實驗項目展示實驗過程中所采用的方法和實驗步驟能夠解決問題，操作正確，實驗項目內(nèi)容完整，項目完成結(jié)果與標準結(jié)果一致，回答問題正確。實驗過程中所采用的方法和實驗步驟能夠解決問題，操作正確，實驗項目內(nèi)容完整，項目完成結(jié)果與標準結(jié)果一致，回答問題正確。實驗過程中所采用的方法和實驗步驟能夠解決問