嵌入式系统和应用

嵌入式系统及应用Embedded System and Application课程编号：B0504063S学 分：3开课学院： 自动化学院学 时： 48课程类别：专业基础课课程性质： 必修一、课程的性质和目的课程性质：嵌入式系统及应用是电气工程及其自动化、智能电网信息工程、自动化和测控技术与仪器专业的一门专业基础课。目的：主要讲述嵌入式系统设计原理及方法，内容包括：嵌入式微控制器MCS51基本结构、指令系统、片上外设、系统扩展与综合应用，ARM微处理器处理器结构及指令系统、嵌入式操作系统、嵌入式系统的设计及分析方法。通过本课程的学习，使学生掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；掌握MCS51的结构与指令系统、ARM的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法；并能够在后续的课程设计、毕业设计中具备针对应用系统的实际需求进行分析与工程设计的能力。二、课程教学内容及基本要求（一）课程教学内容及知识模块顺序1知识单元一： 嵌入式系统绪论（2学时）（1）知识点一：嵌入式系统概述（2）知识点二：嵌入式系统的基本概念（3）知识点三：嵌入式操作系统（4）知识点四：嵌入式系统的应用领域（5）知识点五：嵌入式系统的发展趋势教学基本要求：掌握嵌入式系统的基本概念，了解嵌入式系统的应用领域和发展趋势，了解嵌入式操作系统的概念、作用及分类，通过本单元内容，基本了解本课程的体系结构，理解本课程的学习方法。2知识单元二： MCS51单片机的基本结构 （4学时）（1）知识点一：MCS51单片机引脚介绍（2）知识点二：MCS51单片机内部结构（3）知识点三：MCS51单片机存储器组织教学基本要求：掌握MCS51单片机引脚、内部结构和存储器组织，掌握单片机并行I/O端口的工作原理，理解51单片机的位处理功能，了解单片机的工作方式，重点掌握51单片机片内存储器的功能划分与使用方法。3知识单元三： 指令系统与程序设计 （8学时）（1）知识点一：MCS51单片机指令系统概述（2）知识点二：MCS51单片机指令介绍（3）知识点三：MCS51单片机的程序设计教学基本要求：掌握单片机所采用的寻址方式、指令系统及指令分类，理解51单片机汇编语言的所有指令及其用法，理解伪指令的作用及其用法，掌握基本编程方法，并能根据具体应用进行独立编程。4知识单元四： 中断系统、定时器/计数器及串行口 （6学时）（1）知识点一：MCS51单片机的中断系统原理与应用（2）知识点二：MCS51单片机的定时器/计数器原理与应用（3）知识点三：MCS51单片机的串行口原理与应用教学基本要求：掌握MCS51单片机的中断系统、定时器/计数器与串行口的工作原理与应用，掌握51单片机两级中断优先级、基本5个中断源的作用和使用方法，掌握51单片机基本的2个定时/计数器的工作方式、应用场合及使用方法，掌握51单片机通用串行口的四种工作方式及其使用方法。5知识单元五：系统扩展与综合应用实例 （2学时）（1）知识点一：系统扩展原理（2）知识点二：程序存储器的扩展（3）知识点三：数据存储器的扩展（4）知识点四：I/O扩展及应用（5）知识点五：人机接口及应用（6）知识点六：综合应用实例教学基本要求：掌握MCS51单片机系统扩展方法与综合设计的方法，熟练掌握外部程序存储器、外部数据存储器及I/0口的扩展方法，掌握键盘与LED的扩展方法和基本工作原理，掌握单片机带外部扩展几个芯片的小系统的硬软件设计方法。6知识单元六: 嵌入式系统硬件基础 （2学时）（1）知识点一：嵌入式微处理器（2）知识点二：嵌入式最小系统（3）知识点三：嵌入式系统的常用总线（4）知识点四：嵌入式系统的常用借口与外设教学基本要求：掌握嵌入式系统的硬件组成，了解主流的嵌入式处理器，掌握嵌入式最小系统的概念及作用，了解I2C、I2S、SPI、USB等总线的基本知识，了解嵌入式系统常用通讯接口的基本原理，了解红外、蓝牙模块等嵌入式系统常用外设的特点及使用方法。7知识单元七: 嵌入式系统软件基础 （2学时）（1）知识点一：嵌入式实时操作系统（2）知识点二：嵌入式软操作系统（3）知识点三：嵌入式操作系统的分类及选型教学基本要求：了解嵌入式实时操作系统、嵌入式软操作系统的基本工作原理，理解嵌入式操作系统内核与板级支持包的概念与用途，理解驱动程序的基本结构，了解嵌入式操作系统的分类及选型原则。8知识单元八： ARM体系结构 （10学时）（1）知识点一：RISC体系结构的继承（2）知识点二：ARM处理器工作模式（3）知识点三：ARM 寄存器组织教学基本要求：掌握ARM体系结构与ARM编程模型，掌握ARM体系结构支持的7种处理器模式、两种工作状态、寄存器组织、存储器和存储器映射I/0，异常与复位。9知识单元九： ARM指令集与程序设计 （6学时）（1）知识点一：ARM基本寻址方式（2）知识点二：ARM指令分类说明（3）知识点三：ARM汇编语言程序设计（4）知识点四：ARM高级语言与汇编语言的混合编程教学基本要求：掌握ARM基本寻址方式与指令系统，掌握独立应用编程的方法，了解ARM存储器访问、数据处理、分支转移、协处理器等指令以及伪指令的用法，掌握ARM高级语言与汇编语言混合编程的基本方法。10知识单元十：嵌入式系统开发基础 （6学时）（1）知识点一：嵌入式系统开发基本模式（2）知识点二：嵌入式系统硬件开发（3）知识点三：嵌入式系统软件开发（4）知识点四：嵌入式系统开发实例教学基本要求：掌握嵌入式系统开发软硬件开发的基本方法，了解主流的嵌入式系统开发工具。（二）课程的重点、难点及解决办法本课程教学要突出基本概念和基本理论，加强实践环节，重视理论和实践相结合的环节。本课程的重点是MCS51单片机定时器、中断、串口等模块的理解和应用，ARM体系结构及软件开发，难点是涉及知识面宽、教学信息量大，尤其是嵌入式系统需要软硬件协同开发，要求学生有坚实的软硬件基础。因此在教学中采用教师讲授、课堂讨论、学生自学相结合的教学模式，努力形成教师和学生的双向互动，加大实验教学、实践的力度，采用“多媒体课件+软件演示”的教学方法。三、实验实践环节及基本要求1实验实践教学环节在本课程中的作用及要求（实验教学大纲单独编写）。2实验项目（具体要求见实验教学大纲）实验一：开发环境实验（2学时）实验二：80C51汇编语言编程实验（2学时）实验三：ARM混合编程实验（2学时）实验四：ARM串口通信实验（2学时）实验五：键盘输入与I/O实验（2学时）实验六：ARM综合实验（2学时）四、本课程与其它课程的联系与分工先修课程：模拟和数字电子技术、微机原理与接口技术。后续课程：DSP技术及应用、计算机控制技术。本课程是一门专业课程，主要是综合利用以前所学知识，培养学生理论联系实际，从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力。为今后的综合设计、毕业设计、工作、学习打下良好的基础。五、对学生能力培养的要求通过本课程的学习，使学生了解嵌入式系统体系架构、ARM体系结构、嵌入式系统软件设计、嵌入式系统硬件设计、嵌入式操作系统、嵌入式系统编程语言等，在掌握单片机、嵌入式技术基础知识、基本原理的基础上，具有基本的嵌入式系统硬件设计开发与实现能力，维护与配置嵌入式系统设备的能力，增强学生的实践动手能力，培养学生获取资料、综合分析、开发创新以及设计制作的能力。六、课程学时分配总学时48，其中讲课36学时，实验12学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表。课程学时分配表教学环节时数课程内容讲课上机实验课外小计嵌入式系统绪论22MCS51单片机的基本结构44指令系统与程序设计448中断系统、定时器/计数器及串行口66系统扩展与综合应用实例22嵌入式系统硬件基础22嵌入式系统软件基础22ARM体系结构6410ARM指令集与程序设计426嵌入式系统开发基础426总 计361248七、建议教材和教学参考书目1教材1 高锋.单片微型计算机原理与接口技术.（第二版）.北京：科学出版社，2007年2 嵌入式系统及应用.自编，2011年2主要参考书1 俞建新.嵌入式系统基础教程.北京：机械工业出版社，20132 陈渝.嵌入式系统原理与应用开发.北京：机械工业出版社，20113 李秀娟.嵌入式系统设计.北京：机械工业出版社，2013八、课程考核1课程考核办法：期末考试，笔试，开卷。2总评成绩构成：平时考核占30%，期末考试成绩占70%。