嵌入式實(shí)訓(xùn)室（STM32）建設(shè)方案
一、嵌入式實(shí)訓(xùn)室概述
隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的快速發(fā)展,嵌入式技術(shù)迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇的同時(shí),也給高校的嵌入式系統(tǒng)課程帶來(lái)了挑戰(zhàn)。嵌入式系統(tǒng)具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,深入人們生活方方面面,對(duì)應(yīng)培養(yǎng)多樣化、高端化人才的需求。因此,越來(lái)越多高校開(kāi)設(shè)了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用課程。以新興應(yīng)用型本科院校為例,信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)設(shè)置了嵌入式技術(shù)的理論課程、實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成項(xiàng)目實(shí)訓(xùn),目的是培養(yǎng)同時(shí)具備嵌入式系統(tǒng)軟硬件綜合開(kāi)發(fā)與應(yīng)用能力的高素質(zhì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人才。
嵌入式系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室是進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)的重要場(chǎng)所,它為學(xué)生提供一個(gè)專(zhuān)業(yè)的嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)境。實(shí)訓(xùn)室一般設(shè)置有嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、各種傳感器模塊、嵌入式處理器開(kāi)發(fā)板、儀器設(shè)備等硬件設(shè)施。同時(shí)還配備了完善的軟件平臺(tái),如嵌入式操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)工具鏈、仿真平臺(tái)等。
在實(shí)訓(xùn)室內(nèi),學(xué)生可以接觸各種主流的嵌入式處理器和微控制器,如ARM、MIPS、AVR、DSP等,學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、嵌入式操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)仿真、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容。通過(guò)完成一系列的嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn),學(xué)生可以較系統(tǒng)地掌握嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法,培養(yǎng)解決實(shí)際嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)問(wèn)題的能力。
實(shí)訓(xùn)室還要注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生需要通過(guò)團(tuán)隊(duì)形式開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)訓(xùn),在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下,從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)到項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)全過(guò)程中練習(xí)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。這不僅鞏固了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí),也提高了實(shí)際能力,對(duì)今后從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作非常有幫助。
2.1什么是嵌入式
嵌入式系統(tǒng)（embedded system），是一種嵌入機(jī)械或電氣系統(tǒng)內(nèi)部、具有專(zhuān)一功能和實(shí)時(shí)計(jì)算性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)常被用于高效控制許多常見(jiàn)設(shè)備，被嵌入的系統(tǒng)通常是包含數(shù)位硬件和機(jī)械部件的完整設(shè)備，例如汽車(chē)的防鎖死煞車(chē)系統(tǒng)。相反，通用計(jì)算機(jī)如個(gè)人電腦則設(shè)計(jì)靈活，可以智能處理各式各樣的運(yùn)算情況，以滿(mǎn)足廣大終端用戶(hù)不同的需要。
現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)通常是基于微控制器（如含集成內(nèi)存和/或外設(shè)接口的中央處理單元）的，但在較復(fù)雜的系統(tǒng)中普通微處理器（使用外部存儲(chǔ)芯片和外設(shè)接口電路）也很常見(jiàn)。通用型處理器、專(zhuān)門(mén)進(jìn)行某類(lèi)計(jì)算的處理器、為手持應(yīng)用訂制設(shè)計(jì)的處理器等，都可能應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)。常見(jiàn)的專(zhuān)用處理器有數(shù)字信號(hào)處理器。
嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵特性是處理特定的任務(wù)，因此工程師能對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以降低產(chǎn)品的體積和成本，提升可靠性和性能。
嵌入式系統(tǒng)的物理形態(tài)包括便攜設(shè)備如計(jì)步器、電子手表和MP3播放器，大型固定裝置如交通燈、工廠(chǎng)控制器，大型復(fù)雜系統(tǒng)如混合動(dòng)力汽車(chē)、磁共振成像設(shè)備、航空電子設(shè)備等。它們的復(fù)雜度低至單片機(jī)，高至大型底盤(pán)或外殼內(nèi)安裝有多個(gè)部件、外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)。
嵌入式系統(tǒng)的主要特征包括:
1. 代碼體積小,可以在嵌入式系統(tǒng)的有限存儲(chǔ)空間內(nèi)運(yùn)行;
2. 提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口,簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā);
3. 實(shí)現(xiàn)模塊間的解耦合,不同模塊可以靈活組合和拆卸;
4. 具備優(yōu)異的實(shí)時(shí)性,可以應(yīng)用于各類(lèi)實(shí)時(shí)控制場(chǎng)景;
5. 系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,能夠無(wú)人值守獨(dú)立運(yùn)行,及時(shí)處理各種事件與故障。
2.2嵌入式技術(shù)與應(yīng)用專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)
本專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)面向軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程技術(shù)人員、軟件和信息技術(shù)服務(wù)人員等職業(yè)群，能夠從事智能終端、物聯(lián)網(wǎng)等嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)、測(cè)試、集成、技術(shù)支持與維護(hù)等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。
掌握以下知識(shí)：
(1)掌握必備的思想政治理論、科學(xué)文化基礎(chǔ)知識(shí)和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化知識(shí)。
(2)熟悉與本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的法律法規(guī)以及環(huán)境保護(hù)、安全消防、文明生產(chǎn)等知識(shí)。
(3 )掌握數(shù)模電路基礎(chǔ)及常用傳感器基本原理。
(4)掌握計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
(5)熟悉單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本原理。
(6)熟悉嵌入式操作系統(tǒng)基本原理。
(7)掌握STM32開(kāi)發(fā)基本原理。
(8)掌握嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)基本原理。
具備以下能力：
(1 )具有探究學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
(2)具有良好的語(yǔ)言、文字表達(dá)能力和溝通能力。
(3)具有良好的文檔策劃、編寫(xiě)及圖像處理能力。
(4)具有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言程序編程能力。
(5)具有單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力。
(6 )具有STM32應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)能力。
(7 )具有嵌入式應(yīng)用軟件測(cè)試及撰寫(xiě)測(cè)試報(bào)告能力。
(8)具有移動(dòng)智能終端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及測(cè)試能力。
(9)具有嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。
(10)具有嵌入式系統(tǒng)集成、技術(shù)支持及維護(hù)能力。
(11)具有綜合應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。
2.4嵌入式實(shí)訓(xùn)室配備專(zhuān)業(yè)核心課程主要教學(xué)內(nèi)容
2.4.1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
1) 跑馬燈、流水燈實(shí)驗(yàn)
2) 彩色流水燈、交通燈實(shí)驗(yàn)
3) 紅、綠兩種顏色顯示
4) 電子鐘顯示、數(shù)碼管多位顯示、74HC595 驅(qū)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)
5) 1 位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)
6) 可以做雙色點(diǎn)陣屏顯示實(shí)驗(yàn)，滾動(dòng)、靜態(tài)顯示字符、漢字符號(hào)等
7) LCD1602 液晶屏顯示實(shí)驗(yàn)，可以顯示字符、數(shù)字等
8) LCD12864 液晶屏顯示實(shí)驗(yàn)，可以顯示漢字、字符、數(shù)字
9) OLED 顯示實(shí)驗(yàn)，可以顯示 4 行漢字，可以顯示圖片
10) TFT 彩屏圖像、文字顯示�？梢宰鋈藱C(jī)交互界面實(shí)驗(yàn)
11) 按鍵控制、外部中斷等實(shí)驗(yàn)
12) 矩陣鍵盤(pán)實(shí)驗(yàn)，可用作控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等
13) 可以用作游戲控制桿、實(shí)現(xiàn)獨(dú)立按鍵等功能
14) 音樂(lè)播放、報(bào)警提示等
15) 電子表、萬(wàn)年歷實(shí)驗(yàn)
2.4.2 傳感器實(shí)驗(yàn)
1) 溫度測(cè)量
2) 光電開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)
3) 火災(zāi)報(bào)警、火焰檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)
4) 測(cè)速、電磁檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)
2.4.3電器控制實(shí)驗(yàn)
1) 直流電機(jī)調(diào)速、調(diào)向的驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
2) 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速、調(diào)向、調(diào)角度的驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
3) 繼電器控制實(shí)驗(yàn)
2.4.4 數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)模塊功能
1) 串口通信，TTL 轉(zhuǎn) RS-232 實(shí)驗(yàn)
2) 外部存儲(chǔ)、IIC 總線(xiàn)學(xué)習(xí)
3) 串行轉(zhuǎn)并行實(shí)驗(yàn)，可以擴(kuò)展IO
4) 并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行的實(shí)驗(yàn)
5) SD 卡的讀寫(xiě)、文件系統(tǒng)的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)。
6) 配合多組 485 模塊，可以進(jìn)行 485 通訊實(shí)驗(yàn)
7) 可以發(fā)射不同載波頻率的紅外信號(hào)
8) 紅外接收解碼實(shí)驗(yàn)
9) AD/DA 兩種轉(zhuǎn)換
10) 8 位數(shù)據(jù)鎖存實(shí)驗(yàn)，可以做 CPU 與外圍模塊的驅(qū)動(dòng)、緩沖模塊
11) 可以 IO 擴(kuò)展，學(xué)習(xí)譯碼實(shí)驗(yàn)
2.4.5 工業(yè)組態(tài)軟件MCGS編程實(shí)驗(yàn)
2.4.6 工業(yè)組態(tài)軟件MCGS在單片機(jī)控制中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
1）步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)_總線(xiàn)控制
2）直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)_總線(xiàn)控制
3）工業(yè)順序控制實(shí)驗(yàn)_位控制
4）數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)_總線(xiàn)控制
5）數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)_總線(xiàn)控制
6）數(shù)字電壓表實(shí)驗(yàn)
7）液體混合控制實(shí)驗(yàn)
8）交通燈控制實(shí)驗(yàn)
2.4.7工業(yè)組態(tài)軟件和微控制器的接口編程實(shí)驗(yàn)
三、 嵌入式實(shí)訓(xùn)室配置清單
| 序號(hào) | 名稱(chēng)型號(hào) | 數(shù)量（套） |
| 1 | 嵌入式綜合實(shí)驗(yàn)箱 | 60 |
| 2 | 示波器 | 60 |
| 3 | 萬(wàn)用表 | 60 |
| 4 | 實(shí)驗(yàn)桌定制 | 30 |
| 5 | 學(xué)生凳定制 | 60 |
| 6 | 24口交換機(jī) | 3 |
| 7 | 電動(dòng)幕布 | 1 |
| 8 | 智能擴(kuò)聲音頻終端 | 1 |
| 9 | 音源播放器 | 1 |
| 10 | 無(wú)線(xiàn)音源采集器 | 1 |
| 11 | 音源采集器 | 1 |
| 12 | 實(shí)驗(yàn)室布線(xiàn)（根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)室面積） | 1 |
| 13 | 電腦 | 60 |
注：具體參數(shù)請(qǐng)聯(lián)系客服
DB-STM32 嵌入式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱
