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嵌入式課程設(shè)計范文第1篇

嵌入式方向包括軟硬件協(xié)同設(shè)計、嵌入式體系結(jié)構(gòu)、實時操作系統(tǒng)、嵌入式產(chǎn)品設(shè)計等方面的知識，需要掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的典型開發(fā)工具，培訓(xùn)學(xué)生具備嵌入式系統(tǒng)軟、硬件的開發(fā)能力，對于特定行業(yè)領(lǐng)域（例如移動終端、數(shù)字家庭、信息家電以及對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)信息化改造）已經(jīng)逐步形成了特定的嵌入式開發(fā)方法與手段。

隨著軟硬件技術(shù)快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)不再是一門課程就可以介紹清晰，而逐步成為一個課程群，該方向的專業(yè)課程可劃分為：嵌入式系統(tǒng)原理、嵌入式操作系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、嵌入式軟件設(shè)計、軟硬件協(xié)同設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)軟件工程、嵌入式系統(tǒng)中間件、數(shù)字信號處理等。一些學(xué)校還開設(shè)了微機電路應(yīng)用設(shè)計、單片機編程、ARM等課程。

我們收集并分析了國內(nèi)部分高校在嵌入式課程上的教學(xué)大綱，以此為基礎(chǔ)設(shè)置了我們的嵌入式系統(tǒng)概論課程。表1是我們收集的大學(xué)名稱、課程名稱、學(xué)時數(shù)與知識點，這些課程基本上是基于Intel的XScale實驗板設(shè)計的，對我們設(shè)計“嵌入式系統(tǒng)概論”有借鑒作用。

綜合上述高校的嵌入式課程，有些是針對計算機專業(yè)開設(shè)的，有些是針對其他專業(yè)的，有本科期間開設(shè)的，也有碩士期間開設(shè)的，一些高校開設(shè)了多門嵌入式方向大課程。我們設(shè)計的“嵌入式系統(tǒng)概論”是針對本科階段開設(shè)的嵌入式方向入門課程，主要面向大三的本科生，其課程結(jié)構(gòu)如圖1所示，其前修課程一般是計算機組成、微機原理、接口、匯編、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計語言、體系結(jié)構(gòu)。部分后續(xù)課程開設(shè)在研究生階段。

嵌入式系統(tǒng)概論課程的目的，是綜合前修計算機專業(yè)課程，以及包括數(shù)字電路等更基礎(chǔ)的知識，開拓學(xué)生對嵌入式的視野，為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。因此在嵌入式課程中不會介紹匯編語言設(shè)計、接口電路的設(shè)計等知識。

我們認為，該課程理論部分的知識點分布基本上如圖2所示，主要分為四大模塊，分別是嵌入式概念、嵌入式體系、嵌入式系統(tǒng)軟件、嵌入式軟件開發(fā)。實驗部分由于各學(xué)校實驗材料的差異，較難對比，我們的使用設(shè)備主要是30套Intel XScale與30套Motorola Dragonball。

對于嵌入式體系結(jié)構(gòu)，首先介紹各種嵌入式體系結(jié)構(gòu)、處理器、DSP。

由于ARM體系是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)界事實上的標(biāo)準(zhǔn)，一般都以ARM體系為例介紹嵌入式體系結(jié)構(gòu)，并介紹ARM匯編。由于上課學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了匯編語言，所以需要簡單介紹ARM匯編與微機匯編的差異與特點，要求學(xué)生以自學(xué)為主，作業(yè)為輔，可以較快地掌握該匯編。浙江大學(xué)計算機專業(yè)本科生階段在計算機組成課程中還學(xué)習(xí)了MIPS匯編，所以學(xué)生們對ARM匯編掌握起來就更快一些。

在嵌入式體系的具體實例介紹中，我們結(jié)合本課程的實驗平臺簡要介紹XScale體系，這部分主要也是自學(xué)為主，結(jié)合實驗環(huán)節(jié)讓學(xué)生掌握看硬件資料的能力。

在嵌入式體系結(jié)構(gòu)部分，還需要介紹嵌入式系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，包括JTAG接口、外設(shè)、中斷、總線等。通過這部分的介紹，學(xué)生們可以了解嵌入式硬件系統(tǒng)的構(gòu)成與軟硬件接口。

嵌入式系統(tǒng)軟件就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)包括非實時嵌入式操作系統(tǒng)與實時嵌入式操作系統(tǒng)（RTOS），在嵌入式課程中主要介紹RTOS。在系統(tǒng)軟件模塊中將介紹實時系統(tǒng)概念、操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的改造，例如處理器調(diào)度的實時性改造、中斷處理、文件系統(tǒng)、MMU等。嵌入式系統(tǒng)概論課程主要介紹常見的各種嵌入式操作系統(tǒng)，包括它們的特點、應(yīng)用領(lǐng)域，并以嵌入式Linux為例子，介紹Linux的改造、裁減與移植。

最后一個模塊是嵌入式軟件開發(fā)，是介紹嵌入式軟件開發(fā)的過程，使得整門課程最終能夠形成一個完備的嵌入式開發(fā)體系。Bootloader的設(shè)計，也可放在操作系統(tǒng)移植中進行介紹。嵌入式圖形用戶界面目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，作為概論課程需要介紹各個嵌入式GUI的優(yōu)缺點與適用范圍。同樣，課程介紹包括Tornado、等嵌入式開發(fā)環(huán)境，以及嵌入式中間件。課程最后將以實例來介紹嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程。

作為后續(xù)課程，我們認為一些專題性質(zhì)的開發(fā)工具，例如開發(fā)、Symbian開發(fā)、BREW開發(fā)等，可以利用浙江大學(xué)暑假短學(xué)期為期兩周的課程實踐來完成。而實時系統(tǒng)可以單獨開設(shè)研究生層次的課程，面向領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計可以開設(shè)相關(guān)的專題班進行討論。部分嵌入式軟件開發(fā)的知識點，可以交給其他課程完成，例如人機交互設(shè)計課程里面，可以介紹嵌入式GUI的設(shè)計，F(xiàn)PGA可以在相關(guān)硬件課程中完成。微機原理課程也可以涉獵部分嵌入式課程的內(nèi)容，例如工業(yè)控制、嵌入式系統(tǒng)擴展等，對于微機原理課程的改革，也是嵌入式中心正在進行的工作之一，希望將實驗設(shè)備更新到奔騰M處理器，增加FPGA，實現(xiàn)原來微機原理的實驗，并完成嵌入式的實驗。

嵌入式課程設(shè)計范文第2篇

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；課程教學(xué)；教學(xué)改革；實踐環(huán)節(jié)；創(chuàng)新性

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）13-0123-02

嵌入式系統(tǒng)課程是一門交叉學(xué)科，涉及的知識面寬廣，系統(tǒng)開發(fā)流程中既有硬件設(shè)計又有軟件代碼的編寫。嵌入式系統(tǒng)涉及的課程有模擬電子線路，數(shù)字電路，C語言等課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)時需要具備較多的專業(yè)基礎(chǔ)知識。同時嵌入式系統(tǒng)設(shè)計又是一門實踐重于理論的課程，學(xué)生還需要大量地進行實踐操作。所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中極易碰到學(xué)習(xí)的壁壘，慢慢就會失去學(xué)習(xí)的熱情，一致于會放棄該門課程的學(xué)習(xí)。

嵌入式課程的教學(xué)目的是為了培養(yǎng)學(xué)生具有獨立自主的軟硬件開發(fā)能力，但是目前大部分高校仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)方法，帶來的后果是學(xué)生的動手實踐能力依然不足以從事技術(shù)類的設(shè)計工作。

1 教與學(xué)的現(xiàn)狀

1.1教學(xué)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的嵌入式課程教學(xué)主要由理論課堂教學(xué)和實驗教學(xué)兩部分組成。課堂教學(xué)普遍采用多媒體設(shè)備，將教學(xué)內(nèi)容制作成幻燈片，對著PPT講解電路和程序、CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)、IO接口、硬件、軟件，均采用演示的方法。在實驗中教師認真講解硬件的連接方式，學(xué)生按照教師講解的編程流程進行驗證。

1.2學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀

與重點院校相比，我校的辦學(xué)目的是培養(yǎng)應(yīng)用型人才。我校生源質(zhì)量和重點大學(xué)是有較大的差距，如果采用傳統(tǒng)方式進行教學(xué)，不根據(jù)課程自身與學(xué)生的特點，依然采用老師講、學(xué)生做，無法培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

2 課程的教學(xué)改革和實踐

2.1理論教學(xué)

在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，需要簡要講解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程和交叉開發(fā)環(huán)境，各個層次需要掌握的技術(shù)，目的讓學(xué)生有針對性學(xué)習(xí)，根據(jù)自身特點確立技術(shù)的方向。在具體實施中用少量簡單例子說明各環(huán)節(jié)的相關(guān)知識和開發(fā)方法。

在教學(xué)的方法方面，對于ARM技術(shù)的教學(xué)以介紹為主，盡可能改進傳統(tǒng)的滿堂灌的教學(xué)方式，在教學(xué)中采用對比教學(xué)的方法，比如：和51核單片機對比，避免抽象乏味的教學(xué)方式。

在授課方式方面，整合課堂資源，讓學(xué)生在課堂上能夠理解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基本理論與基本技能，根據(jù)課堂教學(xué)的實際情況，精心設(shè)計與課堂講授相對應(yīng)的實踐內(nèi)容。對于實踐強的教學(xué)內(nèi)容，把以前理論課堂講解的內(nèi)容放在實驗室開展教學(xué)。例如：對于ARM指令和匯編編程的講解要突出應(yīng)用性，我們嘗試在實驗室完成這部分的教學(xué)，不再是按照傳統(tǒng)進行逐條地講解指令和語法，而是通過一個個例程講解程序的結(jié)構(gòu)，中間用到的指令讓學(xué)生采用查閱方式進行 “Learning by Doing”。在實踐中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯提高了。

2.2 新的教學(xué)方法的實踐

改變傳統(tǒng)的單一的教學(xué)方式，傳統(tǒng)的教學(xué)是上課地點在教室里面，教學(xué)設(shè)備只有黑板和投影設(shè)備，極大限制了教師教學(xué)方法的發(fā)揮，教師只能按照PPT進行講解，學(xué)生只能被動地接受，往往到了課程結(jié)束也不知道該如何搭建嵌入式的開發(fā)環(huán)境，即便上完配套的實驗課程也僅僅是理論的驗證，學(xué)生往往連基本的調(diào)試能力都不具備，更別說培養(yǎng)應(yīng)用開發(fā)能力了。

新的授課方式：把傳統(tǒng)的理論課堂和實驗課堂結(jié)合起來授課，前面講述基本ARM技術(shù)部分放在教室進行，匯編程序和芯片部分在實驗室進行。例如：對于ARM匯編指令部分教學(xué)，根據(jù)ARM匯編雖用得少但又很重要的特點，在講述匯編指令時改變傳統(tǒng)的授課方法，以具體的工程實例進行教學(xué)，匯編指令學(xué)生以查找的方式進行實踐，通過5個例程練習(xí)，學(xué)生可以以軟件模擬的方式快速掌握ARM匯編代碼的調(diào)試和閱讀代碼的能力。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練學(xué)生可以閱讀ARM開發(fā)板的啟動代碼。在講述芯片的接口和相關(guān)控制器時，在實驗室進行理論部分的教學(xué)教師就更好發(fā)揮靈活的教學(xué)方式了，這樣的教學(xué)方式壓縮了理論授課的課時，讓學(xué)生成為課堂的主題，教師是輔助教學(xué)，學(xué)生的動手實踐機會增加，學(xué)習(xí)的惰性減少，積極性獲得提高。而且明顯提高了教學(xué)的效率。

在教學(xué)中精講理論部分，對于難于理解的理論要少講，在實踐中理解。擴大課程的知識面。

雙師制的嘗試： ARM+LINUX教學(xué)安排可以安排2個教師來進行教學(xué)，發(fā)揮教師的所長，擅長底層硬件的老師進行ARM部分的教學(xué)，擅長LINUX部分的教師進行操作系統(tǒng)部分教學(xué)。

2.3 實踐環(huán)節(jié)的改革

1）實驗課程的教學(xué)改革

針對嵌入式課程實踐性強的特點和實驗課時普遍偏少的現(xiàn)狀，整合教學(xué)內(nèi)容，壓縮傳統(tǒng)的匯編指令部分的課時，同時開放實驗室和發(fā)放開發(fā)板，學(xué)生可以把便攜的嵌入式開發(fā)板帶回去，隨時隨地地進行嵌入式的學(xué)習(xí)。我們在教學(xué)中提高了實驗課比例。把總學(xué)時的3/4安排為實驗課，整合理論和實驗課堂，把與實驗直接相關(guān)的理論帶到實驗課上講解。理論課占僅總學(xué)時的1/4左右，主要講授ARM技術(shù)和芯片工作的基本原理。在實踐中對學(xué)生開放實驗室確實彌補了實驗課時的不足，提高學(xué)生動手能力，學(xué)生通過把便攜開發(fā)板帶回學(xué)習(xí)也極大帶動了同寢室學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

在實驗教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生過于依賴實驗箱的問題，在以往試驗中學(xué)生只需按照試驗箱自帶的實驗指導(dǎo)書的步驟一步一步操作就可以輕松完成實驗。針對這種情況，我們改進了教學(xué)設(shè)備，利用接口全開放的開發(fā)板，既可以滿足常規(guī)的驗證性的實驗教學(xué)也可以進行設(shè)計性的實驗。

2）集中實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革

由于面向電子信息類專業(yè)學(xué)生，學(xué)生就業(yè)的方向更加偏向底層，在硬件實踐訓(xùn)練更加側(cè)重，硬件設(shè)計中接口的擴展、電路的繪制和驅(qū)動程序的編寫。以2周的課程設(shè)計為例，引入企業(yè)的項目管理機制，在集中實踐環(huán)節(jié)，按照3人為一個項目組開展實踐，整個工作流程盡可能接近實際產(chǎn)品研發(fā)流程。從方案選擇，硬件的電路圖繪制、焊接、硬件調(diào)試、代碼的編寫，其中每個環(huán)節(jié)要更接近產(chǎn)品研發(fā)的流程。學(xué)生的團隊協(xié)作能力得到了提高。重點也培養(yǎng)三個能力：創(chuàng)新能力、動手能力和團隊協(xié)作能力。

3 結(jié)論

綜上所述，我校通信專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)進行了2年的教學(xué)改革的實踐，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯獲得了提高，在藍橋杯和電子設(shè)計大賽中多次獲獎，在畢業(yè)設(shè)計中更多學(xué)生選擇利用嵌入式技術(shù)來完成畢業(yè)設(shè)計課題。教師也在教學(xué)實踐中需要優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計開發(fā)了實踐性的課題，得到了提升。目前我院正在建立高性能的嵌入式實驗室，通過更多的創(chuàng)新性的綜合設(shè)計性項目來改善和提高我院的嵌入式課程教學(xué)。

參考文獻：

[1] 劉彥文.嵌入式系統(tǒng)原理及接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 劉太安，杜春玲. 嵌入式教學(xué)模式探索與實踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（22）：160.

[3] 白玉. 嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程案例教學(xué)模式的研究與探索[J]. 教育教學(xué)論壇，2015（13）：155-156.

嵌入式課程設(shè)計范文第3篇

關(guān)鍵詞：嵌入式組件；驅(qū)動程序；課程研究

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0044-02

計算技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三次革命：存儲程序計算機、高級編程語言和組件級編程。在通用計算機中利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進行編程，實現(xiàn)代碼重用。而現(xiàn)在的嵌入式技術(shù)中也需要這樣的功能，開發(fā)一個組件，該組件可以很容易作為其他程序的組成部分使用。嵌入式系統(tǒng)在人們的印象中多應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域以及智能機器人，但隨著移動通訊以及智能家電、網(wǎng)絡(luò)家電的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣。在任何大中型嵌入式軟件設(shè)計項目中，重要的是在代碼編寫之前完成某種形式規(guī)范。組件級設(shè)計也不例外。在每一組代碼前，用一組描述組件接口的形式規(guī)范描述代碼的屬性和方法。在程序開發(fā)過程中可以在任意時刻添加該組件。在組件級編程中，可以利用單個組件（例如按鈕、列表框或文本框控件）組合成多個功能復(fù)雜的大型程序。[1]

一、嵌入式組件概述

嵌入式組件設(shè)計是電子信息專業(yè)及相近專業(yè)的一門專業(yè)課，其目的是使學(xué)生了解一種重要的、最新的應(yīng)用程序開發(fā)風(fēng)格――組件級編程和設(shè)計的方法，并將這種組件設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)聯(lián)系起來，使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計更加方便簡單。完成這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)后，使學(xué)生能在嵌入式系統(tǒng)中輕松開發(fā)大量基于組件的應(yīng)用程序，而且還具備開發(fā)各種第三方定制組件所需的技能。

1.嵌入式驅(qū)動程序設(shè)計

設(shè)備驅(qū)動程序是介于硬件和OS內(nèi)核之間的軟件接口，是一種低級的、專用于某一硬件的軟件組件。驅(qū)動程序模塊，就可以把操作系統(tǒng)的API函數(shù)和底層的硬件分離開來。當(dāng)設(shè)備改變的時候，只需更換相應(yīng)的驅(qū)動程序，不必修改操作系統(tǒng)的內(nèi)核以及運行在操作系統(tǒng)中的軟件。[2]該部分包括基于ARM架構(gòu)的串行口通訊、鍵盤驅(qū)動原理、I/O接口電路、A/D接口電路、LCD的驅(qū)動控制、觸摸屏程序設(shè)計、USB接口組件設(shè)計的內(nèi)容。

2.控件設(shè)計

與Windows操作系統(tǒng)類似，控件是可視化開發(fā)的基礎(chǔ)。對于開發(fā)應(yīng)用程序的用戶來說，控件是一個獨立的組件，有著自己的顯示方式和動態(tài)內(nèi)存管理模式，設(shè)置中有的控件還可以向系統(tǒng)發(fā)送自己的消息。用戶不需要掌握控件的內(nèi)部到底是如何工作的，只需通過控件提供的API函數(shù)改變控件相應(yīng)的屬性，即可改變控件的顯示方式?？丶囊肟梢源蟠蠓奖阌脩舻拈_發(fā)，加速用戶應(yīng)用程序界面的編寫速度。同時，也為運行在操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序的界面提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，方便了使用?？丶O(shè)計包括消息、文本框控件、列表框控件、按鈕控件、窗口控件、繪圖控件、系統(tǒng)時間功能部分應(yīng)用程序編寫。

3.基本組件設(shè)計

前面介紹的幾種組件都屬于單個組件的開發(fā)設(shè)計，而組件級編程中涉及到的組件是綜合組件，包含多個單個組件設(shè)計。該組件級編程可以完成嵌入式系統(tǒng)中包括PDA、電子字典、手機等設(shè)備的基本功能的實現(xiàn)。

基本功能組件包括：電話簿組件設(shè)計、記事本組件設(shè)計、日程表組件設(shè)計、系統(tǒng)時間組件設(shè)計、日歷組件設(shè)計、智能拼音輸入法組件設(shè)計、科學(xué)型計算器組件設(shè)計，這部分處于用戶應(yīng)用程序中。

二、嵌入式驅(qū)動程序設(shè)計研究

1.ARM的串行口通訊

這部分設(shè)計目標(biāo)是掌握串行通訊原理；掌握編程實現(xiàn)ARM和計算機實現(xiàn)串行通訊。ARM通過監(jiān)視串行口，把在程序中插入的想要反饋程序運行情況的串行口語句輸出到顯示器中的超級終端中，這樣便可以實時監(jiān)控程序的運行情況，方便調(diào)試程序。串行口組件設(shè)計是將接收到的字符再發(fā)送給串口（計算機與開發(fā)板是通過超級終端通訊的），即按PC鍵盤通過超級終端發(fā)送數(shù)據(jù)，開發(fā)板將接收到的數(shù)據(jù)再返送給PC，在超級終端上顯示。[3]

2.鍵盤驅(qū)動原理

這部分設(shè)計目標(biāo)是掌握鍵盤驅(qū)動的基本原理；熟悉不帶操作系統(tǒng)鍵盤驅(qū)動實現(xiàn)；了解帶操作系統(tǒng)鍵盤驅(qū)動實現(xiàn)。鍵盤的設(shè)計是將一個瞬時接觸開關(guān)放置在每一行與每一列的交叉點。矩陣所需的鍵的數(shù)目顯然根據(jù)應(yīng)用程序而不同。每一行由一個輸出端口的一位驅(qū)動，而每一列由一個電阻器上拉且供給輸入端口一位。鍵盤掃描過程就是讓微處理器按有規(guī)律的時間間隔查看鍵盤矩陣，以確定是否有鍵被按下。一旦處理器判定有一個鍵按下，鍵盤掃描軟件將過濾掉抖動并且判定哪個鍵被按下。每個鍵被分配一個稱為掃描碼的唯一標(biāo)識符。應(yīng)用程序利用該掃描碼，根據(jù)按下的鍵來判定應(yīng)該采取什么行動。

3.I/O接口電路

這部分設(shè)計目標(biāo)是掌握組件接口的設(shè)計；掌握基于ARM開發(fā)板對I/O編程的方法；掌握LED工作原理、編程實現(xiàn)LED實現(xiàn)。I/O設(shè)備、相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序和I/O子系統(tǒng)組成嵌入式I/O系統(tǒng)。I/O系統(tǒng)的目標(biāo)是對RTOS和應(yīng)用程序員隱藏設(shè)備特定的信息，并且對系統(tǒng)的I/O設(shè)備提供一個統(tǒng)一的訪問方法。

利用I/O編程的方法，在ARM開發(fā)板的數(shù)碼管上顯示鍵盤輸入的鍵值。顯示器的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到CRT顯示器，都可以與微機配接。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器主要有發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器，簡稱LED顯示器。LED顯示器具有驅(qū)動電路簡單、耗電省、成本低廉、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動、壽命長等優(yōu)點，但顯示內(nèi)容有限，不能顯示圖形，因而其應(yīng)用有局限性。當(dāng)選用共陰極的LED顯示器時，所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極加入高電平時，對應(yīng)的二極管點亮。因此要顯示某字形就應(yīng)使此字形的相應(yīng)段的二極管點亮，實際上就是發(fā)送一個用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)字來控制LED的顯示，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。

4.ARM的A/D接口電路

這部分設(shè)計目標(biāo)是掌握A/D接口原理、編程實現(xiàn)ARM系統(tǒng)的A/D功能；了解模型組件設(shè)計方法。能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口。A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬信號源和CPU 之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計算機和數(shù)字系統(tǒng)進行處理、存儲、控制和顯示。一般A/D轉(zhuǎn)換過程要經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼四個步驟。前兩步在取樣―保持電路中完成，后兩步則在A/D轉(zhuǎn)換器中完成。D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理是將輸入的每一位二進制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，便實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。

5.LCD的驅(qū)動控制

這部分設(shè)計目標(biāo)是掌握LCD（液晶屏）顯示器的基本原理、驅(qū)動控制方法；熟悉用總線方式驅(qū)動LCD、用ARM內(nèi)置的LCD控制器驅(qū)動LCD。LCD顯示器的基本原理就是通過給不同的液晶單元供電，控制其光線的通過與否，從而達到顯示的目的。因此，LCD的驅(qū)動控制歸于對每個液晶單元的通斷電的控制，每個液晶單元都對應(yīng)著一個電極，對其通電，便可使光線通過。

6.觸摸屏程序設(shè)計

這部分設(shè)計目標(biāo)是了解觸摸屏基本概念與原理、編程實現(xiàn)對觸摸屏的控制；了解嵌入式系統(tǒng)的基本組件模塊和其他組件模塊。觸摸屏是專門處理是否有筆或手指等物體按下觸摸屏，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點位置有了一個接觸，并在按下時分別給兩組電極通電。因其中一面導(dǎo)電層（頂層）接通X軸方向的5V均勻電壓場，使得檢測層（底層）的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個接通后，其對應(yīng)位置的模擬電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送回處理器。經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，得到觸摸點的x，y坐標(biāo)。

7.USB接口組件設(shè)計

這部分設(shè)計目標(biāo)是了解USB基本概念與原理、編程實現(xiàn)對USB接口的控制?？梢允褂肬SB進行連機通信，當(dāng)連接USB的時候，可以從PC機通過USB端口下載程序，也可以上傳文件至PC機，也可以斷開USB停止上傳和下載。

三、嵌入式控件設(shè)計研究

文本框控件可以顯示文件和數(shù)據(jù)內(nèi)容，能夠通過對文本框的編輯修改內(nèi)容，并可保存到文件，系統(tǒng)調(diào)用以后，文件內(nèi)容不丟失。列表框控件可以列出系統(tǒng)中的存儲在存儲器中的指定擴展名的文件，也可以將要顯示的數(shù)據(jù)列出來。并且還可以控制列表框中的列表內(nèi)容上下顯示，及添加新的列表內(nèi)容。

按鈕控件是一個非常重要的組件。大多數(shù)功能設(shè)計或游戲設(shè)計都需要按鈕控件。當(dāng)通過觸摸屏對按鈕控件進行單擊、雙擊、按下、抬起、移動時，都會觸發(fā)按鈕控件，按鈕控件會根據(jù)不同的動作進行響應(yīng)。

窗口控件的作用是輸出信息、顯示圖形。像游戲活動區(qū)域、手寫輸入?yún)^(qū)域、顯示內(nèi)容區(qū)域等，這些區(qū)域都需要窗口控件來完成。游戲只能在窗口中進行，不能離開該窗口。窗口以外的區(qū)域為游戲說明區(qū)域或控制游戲按鈕區(qū)域。手寫輸入只能在窗口內(nèi)輸入，在窗口以外的區(qū)域不識別。

繪圖設(shè)備上下文（DC）保存了每一個繪圖對象的相關(guān)參數(shù)（如繪圖畫筆的寬度、繪圖的原點坐標(biāo)等）。在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，通過繪圖設(shè)備上下文來繪畫，可以保證在不同的任務(wù)中繪圖的參數(shù)相互獨立、互不影響。

四、總結(jié)

經(jīng)過該門課程學(xué)習(xí)，可以從學(xué)會設(shè)計一個控件，如按鈕、文本框、列表框到根據(jù)這些控件完成一項功能設(shè)計，如可以將存儲卡中的bmp格式的位圖文件名列表顯示出來，通過點擊可以把圖形顯示出來。了解串行口、鍵盤、I/O接口、A/D接口、D/A接口、液晶屏、觸摸屏、USB接口的工作原理及如何讓這些硬件動起來，很容易從中找到設(shè)計靈感，找到嵌入式開發(fā)的樂趣，完成屬于自己的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計。

參考文獻：

[1]王小妮，魏桂英，楊根興.嵌入式組件設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

嵌入式課程設(shè)計范文第4篇

關(guān)鍵詞：卓越計劃；CDIO；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）14-0028-03

一、引言

自進入21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟全球化，信息全球化的進程不斷加快，市場對高素質(zhì)工程人才的需求不斷增長。目前，我國高等工程教育規(guī)模已達到高等教育總規(guī)模1 /3以上，躍居世界第一[1]。然而，我國培養(yǎng)的工程人才在質(zhì)量上與國外高校相比仍然相差甚遠。據(jù)麥肯錫季刊載文[2]指出，我國僅僅只有10%的工科畢業(yè)生達到跨國公司的用人標(biāo)準(zhǔn)。

為了實現(xiàn)在2020年將我國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家，2010 年國家教育部啟動了“卓越工程師培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”），旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的各類型高質(zhì)量工程技術(shù)人才[3]。東華理工大學(xué)機電學(xué)院電子信息工程專業(yè)2013年開始實施“卓越計劃”試點班，通過借鑒世界先進國家高等工程教育的成功經(jīng)驗，采用成熟CDIO工程教育理念實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，系統(tǒng)改革了人才選拔和培養(yǎng)管理模式。本文是在東華理工大學(xué)卓越工程師試點班“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程基礎(chǔ)上，通過實施CDIO教學(xué)模式的經(jīng)驗總結(jié)。

二、課程反思

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程是電子信息工程專業(yè)高年級學(xué)生的必修主干課程，是一門綜合性強、知識覆蓋面廣、實踐性極強的課程。教師如何上好這門課，學(xué)生如何學(xué)好這門課一直是一個難題。盡管本學(xué)院一直在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進行改革，教學(xué)內(nèi)容由原來的ARM7體系結(jié)構(gòu)更新到Cortex-M3體系結(jié)構(gòu)，并自主開發(fā)了STM32 實驗教學(xué)平臺。筆者根據(jù)多年從事 “嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程的教學(xué)工作經(jīng)驗，認為傳統(tǒng)的理論加實驗的教學(xué)模式普遍存在如下問題：

1） 理論課時多，實驗課時少。以我院電子信息工程專業(yè)為例，理論學(xué)時38學(xué)時，實驗學(xué)時16學(xué)時。在如此有限的實驗學(xué)時內(nèi)，學(xué)生的實踐能力難以得到鍛煉。

2） 實驗類型單一，每次實驗往往只是對單個知識點訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生常常“只見樹木，不見森林”，設(shè)計和開發(fā)完整嵌入式系統(tǒng)的能力弱。

3） 經(jīng)典教材缺乏，因為各個學(xué)校采用的實驗教學(xué)平臺不同，很多時候選用的教材難以與現(xiàn)有平臺配套。

4） 師資力量薄弱，大部分教師缺乏企業(yè)工作經(jīng)歷，雙師型人才匱乏。

5） 評價方式單一，僅僅依靠實驗報告及試卷成績作為評價學(xué)生能力的標(biāo)準(zhǔn)，缺乏實踐及應(yīng)用能力的考量。

傳統(tǒng)的教學(xué)體系和考核方式嚴(yán)重地束縛了工程人才質(zhì)量的提高，對該課程進行教學(xué)模式改革勢在必行。

三、CDIO工程教育理念

CDIO全稱為 Conceive―Design―Implement―Operate（構(gòu)思―設(shè)計―實施―運作），該教育模式是由 MIT 等世界名校在2000年提出并推廣的工程教育理念，在中國最早由汕頭大學(xué)將CDIO工程教育理念引入工程教育領(lǐng)域[4]，經(jīng)過近十余年的發(fā)展已經(jīng)在上百所高校得到推廣應(yīng)用，并取得了良好效果。CDIO教育模式以真實世界的產(chǎn)品從構(gòu)思到運行的全生命周期為載體，將理論、實踐和創(chuàng)新融為一體，解決工程教育中理論與實踐脫節(jié)的問題[5]，以培養(yǎng)滿足行業(yè)需求的合格工程人才為最終目標(biāo)，CDIO 工程教育的基本理念與“卓越計劃”人才培養(yǎng)需求不謀而合。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)中引入 CDIO 的工程教育理念，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于學(xué)生實踐動手能力和系統(tǒng)性思維的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作溝通能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，從而實現(xiàn)卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)。

四、構(gòu)建基于“卓越計劃”和CDIO 的課程教學(xué)體系

筆者依托東華理工大學(xué)教改課題嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程改革研究和實踐，針對傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，在“卓越計劃”系統(tǒng)框架的指導(dǎo)下，結(jié)合專業(yè)實際情況引入CDIO工程教育理念，倡導(dǎo)在培養(yǎng)優(yōu)化師資隊伍的同時，實施以實際工程項目為中心、學(xué)生自主探究式學(xué)習(xí)為主的一體化教學(xué)模式。通過“3+1”新型校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，o予學(xué)生更多參與實際工程的機會，讓學(xué)生的綜合能力更貼近市場和企業(yè)的需求。通過將嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容和CDIO的工程理念緊密結(jié)合起來，以促進學(xué)生與教師共同發(fā)展為目的，提出了如圖1所示嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)模式。

1.加強教師團隊建設(shè)

名師出高徒，優(yōu)質(zhì)的師資隊伍是卓越工程師培養(yǎng)的人力資源基礎(chǔ)，其中CDIO 標(biāo)準(zhǔn)中第九條明確指出：必須采取行動提高教師工程實踐能力[6]，參與“卓越計劃”的高校教師的整體素質(zhì)直接關(guān)系到卓越工程師培養(yǎng)的質(zhì)量[7]。雖然擔(dān)任本專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程的教師通過科研和社會服務(wù)項目積累了一定的工程實踐經(jīng)驗，但與“卓越計劃”的需要仍然存在差距。為了保證CDIO模式在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中順利有效實施，東華理工大學(xué)機電學(xué)院主要采取如下三大措施來建設(shè)具有工程項目研發(fā)能力的“雙師型”教學(xué)團隊。

（1）深化校企合作，引入企業(yè)兼職導(dǎo)師。為了保證課程內(nèi)與市場行業(yè)工程項目需求緊密結(jié)合，院里與電子36所、杭州三維通信有限公司、江蘇盛泰信通科技有限公司、江西聯(lián)創(chuàng)電子有限公司等共同建設(shè)嵌入式系統(tǒng)實習(xí)基地，并從這些公司聘請了近二十位兼職導(dǎo)師，主要參與課程內(nèi)容設(shè)計、課程結(jié)果評價和學(xué)生實習(xí)畢業(yè)論文指導(dǎo)。

（2）加大現(xiàn)有教師再培養(yǎng)，學(xué)院先后資助兩位教師到深圳信盈達電子有限公司完成嵌入式課程培訓(xùn)，有利于進一步完善教師嵌入式知識結(jié)構(gòu)，引進了市場培訓(xùn)機構(gòu)嵌入式項目培訓(xùn)經(jīng)驗。

（3）鼓勵教師進入企業(yè)掛職鍛煉，積累實際工程經(jīng)驗，通過多渠道來提升教師工程實踐能力。

2.教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容改革核心思想是以行業(yè)需求為導(dǎo)向、以真實項目為載體，圍繞理論實踐一體化CDIO教育理念，設(shè)計了以下三個模塊：嵌入式項目案例庫、課程內(nèi)容設(shè)計和課程教學(xué)方法模塊，如圖2所示，旨在培養(yǎng)具有較強的工程實踐綜合能力嵌入式領(lǐng)域?qū)I(yè)人才。

（1）嵌入式項目案例庫建設(shè)，從合作企業(yè)、教師科研項目和平時的科技創(chuàng)新競賽活動中篩選出一些有代表性的項目樣板加入嵌入式項目案例庫，這樣做有兩個優(yōu)點，一方面可以為教學(xué)提供素材，另一方面可以讓學(xué)生有一些可模仿對象，在設(shè)計嵌入式產(chǎn)品的時候可以借鑒這些樣板。到目前為止我們積累了無線點菜機、MP3播放器、數(shù)據(jù)相框、遠程視頻監(jiān)控等數(shù)十個案例。

（2）嵌入式課程是一門多學(xué)科交叉的綜合性課程，涉及到數(shù)/模電、微機原理、程序設(shè)計和操作系統(tǒng)等多學(xué)科知識，采用CDIO項目化教學(xué)可以將零散知識以項目實現(xiàn)為主線連貫起來。如選用點菜機項目作為教學(xué)案例，可將該系統(tǒng)分為若干子模塊：最小系統(tǒng)模塊、輸入模塊、無線通信模塊、輸出顯示模塊等，將硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和項目管理等相關(guān)教學(xué)知識點融入到各模塊實現(xiàn)的過程中。

（3）本課程采用課前自主式、課中鞏固式和課后提升式教學(xué)策略。教師根據(jù)所選教學(xué)項目案例分解教學(xué)知識點，為單個知識點錄制微課視頻和準(zhǔn)備實驗樣例及參考資料，并布置學(xué)習(xí)任務(wù)，由學(xué)生課前自主式完成課前任務(wù)并給出反饋信息；課中教師主要對重點及難點知識進行梳理并根據(jù)學(xué)生課前學(xué)習(xí)的問題組織討論，對知識點進行鞏固；課后由學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識點實現(xiàn)并擴展課程項目相關(guān)模塊功能。

3.教學(xué)項目實施過程設(shè)計

基于CDIO進行教學(xué)改革的最大特點是教學(xué)內(nèi)容以實際工程項目為藍本，以市場行業(yè)需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)為目標(biāo)。在整個教學(xué)項目實施過程中，學(xué)生以團隊內(nèi)協(xié)作、團隊間協(xié)作加競爭的方式進行自主探究式學(xué)習(xí)，教師主要起指導(dǎo)作用，由學(xué)生完成一次構(gòu)思―設(shè)計―實施―運行的全過程[8]，教師在每個階段給予反饋和評價來促使學(xué)生在整個過程中持續(xù)改進。要求學(xué)生以文檔形式來對各階段工作進行總結(jié)，以提高學(xué)生文檔撰寫和知識歸納總結(jié)能力。

4.多元化評價體系

針對傳統(tǒng)單一評價模式的弊端，我們采用“過程”和“結(jié)果”兩方面相結(jié)合的多元化學(xué)習(xí)評價機制。在教學(xué)項目實施的整個過程中，采用持續(xù)性評價體系來對學(xué)生進行考核，在項目實施的每個階段教師根據(jù)學(xué)生對團隊及項目的貢獻、課前子任務(wù)的完成情況、文檔撰寫質(zhì)量、項目創(chuàng)新性、面對面答辯和課堂表現(xiàn)等做出綜合評價得分。教師對學(xué)習(xí)過程的評價，需要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)成效等多方面的因素，激勵和引導(dǎo)學(xué)習(xí)者提高學(xué)習(xí)興趣[9]。學(xué)生在本課程結(jié)束后將在企業(yè)進行為期一年的實習(xí)，根據(jù)用人單位的反饋信息和學(xué)生問卷調(diào)查來完成對本門課程效果評價，最后根據(jù)評價情況不斷改進教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，使整個教學(xué)過程形成一個良性的閉環(huán)系統(tǒng)。

五、結(jié)語

在“卓越計劃”的框架指導(dǎo)下，借鑒成熟的CDIO工程教育理念，通過引入校企深度聯(lián)合培養(yǎng)機制，采用多元化考核機制，構(gòu)建一種基于“卓越計劃”和CDIO 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)模式。彌補了原課程體系中工程實踐能力培養(yǎng)的不足，讓學(xué)生充分參與到項目構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作全過程，大大激發(fā)學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)工程設(shè)計的興趣，加強了團隊協(xié)作能力、人際溝通能力以及系統(tǒng)構(gòu)建等綜合能力的培養(yǎng)。本課程經(jīng)過近2年的實施也產(chǎn)生了一些優(yōu)秀的成果，其中包括在全國電子設(shè)計賽及江西省電子類相關(guān)競賽中獲獎20余次，提交專利申請兩項，學(xué)生發(fā)表期刊論文兩篇，這些成果有力的證實了我專業(yè)基于CDIO 的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革是卓有成效的。

今后，我們將進一步加強信息化教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建，教學(xué)視頻及課件的設(shè)計與制作，教學(xué)項目案例的選取及教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，按照行業(yè)需求和企業(yè)要求制定切實可行的與其他專業(yè)課有機聯(lián)系和相互滲透的嵌入式教學(xué)體系，通過改革和探索，以期進一步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程的教學(xué)水平，培養(yǎng)出社會真正需要的合格工程類人才。

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嵌入式課程設(shè)計范文第5篇

高職高專的傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)通常安排在電子、機電等專業(yè)，通過研究相關(guān)的教材，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)該課程教學(xué)內(nèi)容的基本模式是：傳感器原理介紹、傳感器計算公式推導(dǎo)、傳感器應(yīng)用介紹幾個步驟。有些教材上會多一些項目化教學(xué)方法，就會多出一個實訓(xùn)的環(huán)節(jié)[1]。這些實訓(xùn)環(huán)節(jié)當(dāng)中采用了更多的成熟的傳感器模塊，學(xué)生的主要任務(wù)就是初步了解這些傳感器模塊或是前端的傳感器敏感元件[2]。顯然在這種教學(xué)方式下已經(jīng)無法滿足目前物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為主流技術(shù)的人才應(yīng)用要求，這尤其體現(xiàn)在嵌入式/物聯(lián)網(wǎng)這個行業(yè)，這種情況總結(jié)起來有幾個主要的原因造成的：

1） 嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、要求傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)過程當(dāng)中將教學(xué)重點放在傳感器應(yīng)用技術(shù)、傳感器敏感元件組成的模塊設(shè)計、傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)到計算機之間的傳遞[3]。因為只有這樣，才能將傳感器技術(shù)作為應(yīng)用技術(shù)直接提供到上位機，使得其能夠作為物聯(lián)網(wǎng)信息空間中的前端信息采集部分而使用。

2） 物聯(lián)網(wǎng)的信息空間中的基本節(jié)點為計算元節(jié)點[4]，該節(jié)點作為信息空間中的終端節(jié)點構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)前端網(wǎng)絡(luò)組成的基礎(chǔ)設(shè)施。需要看到的是異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)中的絕大多數(shù)計算元節(jié)點將是帶有傳感器的簡單型網(wǎng)絡(luò)，其基本通訊方式很多為傳統(tǒng)的RS232、RS485通訊，因此傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)當(dāng)中已經(jīng)不僅僅是單獨的傳感器部分，仍然需要引入通訊部分的介紹。

3） 目前的傳感器與檢測技術(shù)課程當(dāng)中的開設(shè)專業(yè)對課程教學(xué)內(nèi)容安排的影響很大。在機電類專業(yè)傳感器課程當(dāng)中，強調(diào)了對被測量的檢測為目的的應(yīng)用型傳感器實踐知識，這僅能體現(xiàn)在教材的改革上，尚無法體現(xiàn)在實際教學(xué)改革當(dāng)中。在電子類專業(yè)傳感器課程當(dāng)中側(cè)重于傳感器原理、基本結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的教學(xué)過程[5]。這種方式對于本科階段學(xué)生而言是非常合適的，但是高等?？圃盒５膶W(xué)生難以接受理論為主的教學(xué)方式，況且這種教學(xué)方式對于以高職高專學(xué)生為培養(yǎng)對象的、獲取技能為首要目標(biāo)的教學(xué)任務(wù)沒有起到推進作用。

4） 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高速發(fā)展對傳統(tǒng)行業(yè)造成了巨大沖擊，原來的獨立傳感器功能已經(jīng)無法滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的需求，這種孤立點由于不具備通訊能力，故此無法作為信息采集前端加入到物聯(lián)網(wǎng)的傳感網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中[6]。因此，在傳感器與檢測技術(shù)教學(xué)過程當(dāng)中，從教材改革到課程改革都要求加入通訊部分與計算機部分的內(nèi)容，作為其為物聯(lián)網(wǎng)前端信息傳感網(wǎng)絡(luò)的能力而擴充。

5） 在高職高專計算機的嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)當(dāng)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式與教學(xué)方法都難以應(yīng)用。隸屬于電子工程專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容深度較大、技術(shù)孤立性強應(yīng)用困難；而機電類專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)強調(diào)了獨立傳感器模塊的應(yīng)用，面向被測量的教學(xué)方式對于在計算機專業(yè)而言如果也采用類似做法，顯然對于計算機專業(yè)的高職高專學(xué)生無法接受。

6） 在目前的課程實踐教學(xué)當(dāng)中，實際教學(xué)用具相當(dāng)缺乏，很多技術(shù)較為先進的學(xué)校采用了軟件仿真的方式進行傳感器課程的教學(xué)工作。但是傳感器模塊是孤立的模塊，最終需要一個相對比較大的硬件系統(tǒng)，作為對該課程中每個獨立模塊進行支持的載體[7]。

綜上所述，在現(xiàn)在的高職高專計算機專業(yè)的傳感器與檢測技術(shù)課程開設(shè)過程當(dāng)中，選擇偏向計算機方向的教學(xué)方式與手段就是必要的。其中尤其是配套實驗電路的設(shè)計與實現(xiàn)也成了一個需要重點關(guān)注的問題。針對此問題，本文就設(shè)計與實現(xiàn)了一套針對計算機方向的嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)實驗電路。

1總體架構(gòu)設(shè)計

考慮到?？圃盒Ｄ壳皩W(xué)生的總體層次，如果考慮了過于復(fù)雜的內(nèi)容將會導(dǎo)致學(xué)生無所適從，如果太過簡單學(xué)生又無法獲取實際知識。這里需要考慮的兩個典型的問題：第一個問題就是不能過于理論，但是也不能完全沒有理論支持；第二個問題是實踐不能過于復(fù)雜，但是又要兼顧到一定的實用性。綜合這些因素，我們大致對實踐電路系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃為：將傳感器模塊、自動控制技術(shù)、簡單計算機通訊技術(shù)聯(lián)合起來，設(shè)計與實現(xiàn)一個相對實用、相對簡單的計算機干預(yù)測控系統(tǒng)。同時，考慮到該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有一定的實際應(yīng)用功能，則我們設(shè)計了一個計算機干預(yù)室溫自控系統(tǒng)，其大致的架構(gòu)設(shè)計如下圖示：

圖1示意了一個室內(nèi)恒溫自動控制系統(tǒng)，照明系統(tǒng)當(dāng)監(jiān)控到室內(nèi)有人的時候開啟，當(dāng)離開的時候關(guān)閉。室內(nèi)恒溫系統(tǒng)則利用溫度傳感器控制溫度發(fā)生裝置將溫度恒定在一定范圍之內(nèi)。并且該系統(tǒng)的全部情況可以向計算機反饋，包含溫度、是否有人、是否開啟溫度系統(tǒng)、是否開啟照明系統(tǒng)等功能，計算機也可以實時通過遠程調(diào)整溫度范圍的設(shè)定值。該系統(tǒng)的基本功能描述為：計算機能夠隨時干預(yù)該系統(tǒng)的開啟工作狀態(tài)、停止系統(tǒng)的工作狀態(tài)、在系統(tǒng)的運行過程當(dāng)中對系統(tǒng)的某些參數(shù)進行調(diào)節(jié)。

2模塊設(shè)計與實現(xiàn)

依據(jù)總體架構(gòu)的設(shè)計，下面逐個實現(xiàn)上述系統(tǒng)中的硬件部分。

1） 光電傳感器模塊

光電傳感器模塊的原理圖設(shè)計如下圖示：

這里這個模塊的設(shè)計事實上并無必要，但是可以作為學(xué)生初步入門掌握的第一個模塊，尤其是掌握DXP軟件電路設(shè)計，并初步進行焊接與調(diào)試工作。

2） 繼電器模塊

繼電器模塊的原理圖設(shè)計如下圖示：

3） 溫度傳感器模塊

溫度傳感器模塊的原理圖設(shè)計如圖4示：

4） 通訊模塊

通訊模塊的原理圖設(shè)計如下圖示：

3算法設(shè)計

在考慮算法設(shè)計的時候，首先考慮前面提到的進程之間的通訊與互斥的問題。這里通訊是指進程之間的通訊，另外一個就是進程互斥的問題。那么這兩個進程顯然就是互斥的關(guān)系。下圖就通過系統(tǒng)的應(yīng)用功能行為來說明這些問題。

在圖6中有兩部分任務(wù)需要完成，左邊部分為工作狀態(tài)需要完成的任務(wù)，右邊是非工作狀態(tài)需要完成的任務(wù)?；谏鲜龇治?，給出參考算法如下：

算法1.1 主流程算法

算法：單片機端主流程

S1：系統(tǒng)初始化

S2：在無限循環(huán)中做如下事件

S2.1如果上位機有命令發(fā)來

若為啟動工作過程命令

{

啟動工作過程；

}

否則關(guān)閉工作過程；

S2.2如果數(shù)據(jù)收集完成

{

向上位機系統(tǒng)傳遞測到的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù) }

}

另外一個要點就是獲取計算機發(fā)送過來的命令，參考第九章的方法即可，這里直接給出算法描述：

算法：單片機使用中斷接收上位機一串符號的算法

輸入：上位機發(fā)來的一個字節(jié)

輸出：合法的字符串

S1：清除發(fā)送標(biāo)志

S2：判斷當(dāng)前字符是否為包頭

如果是包頭，清緩沖準(zhǔn)備從緩沖區(qū)起點開始存放數(shù)據(jù)

S3：如果當(dāng)前是最后一個字節(jié)位置，則判斷當(dāng)前讀入的字符是不是包尾

如果是則通知主函數(shù)可以讀命令了

S4：存放該字節(jié)數(shù)據(jù)到當(dāng)前緩沖位置

S5：緩沖區(qū)存放位置下移一個字節(jié)

S6：調(diào)節(jié)緩沖位置邊界

算法1.2 接收計算機接命令與分析算法

3系統(tǒng)驗證

硬件系統(tǒng)的設(shè)計思想基于模塊化設(shè)計方法，只需要考慮如何實現(xiàn)圖1的設(shè)計目標(biāo)即可。在圖1中，只需要明確考慮幾個接口部分的連接方式、并采用確定的連接來練好這些接口線路即可，確定需要連接的幾個部分如下：

1） 計算機與通訊模塊的連接方式。

2） 單片機板與通訊模塊的連接方式。

3） 單片機板與繼電器模塊的連接方式。

4） 單片機板與光電傳感器模塊的連接方式。

5） 單片機板與溫度傳感器模塊的連接方式。

6） 繼電器模塊與外部受控的市電電路部分的連接方式。

7）繼電器模塊與外部受控的溫度調(diào)節(jié)電路部分的連接方式。

下面就這幾個方面的連接進行實際連接，并最終在實際線路連接完成之后，采用一定的方式進行簡要測試，以確定這些線路連接均無問題。

連接好硬件之后需要對硬件進行測試工作，下面我們就列出這些步驟進行硬件測試工作：

第一步：連接好硬件核心板與硬件模塊

第二步：新建一個工程，并編寫代碼

第三步：編譯軟件并生成hex文件

第四步：下載hex文件到核心板

第五步：觀察模塊的基本行為是否正確，若不正確則從第一步開始查找問題，并重復(fù)上述步驟。最終的實物硬件連接示意圖如圖：