一、课程介绍
《嵌入式系统原理》是面向汽车工程学院车辆工程专业本科生开设的学科基础课程选修课。嵌入式系统的广泛应用包括汽车、家用电器、医疗设备、通信系统、物联网等等。课程以Freescale 9s12 为例，讲授嵌入式系统的设计和软件编程以及实时操作系统的基本概念。课程包括理论授课、实验授课和项目作业。学生将有机会整合其它专业课程知识设计实现基本交互功能的模拟系统，从而使学生熟悉嵌入式系统软硬件设计方法，具备一定的综合运用所学知识分析和解决与嵌入式系统相关的复杂工程问题的能力，为今后继续深造或在相关领域从事设计、开发、科研和教学等工作打下坚实的基础。
Introduction
“Principles of Embedded Systems” is an optional course for undergraduates majoring in Vehicle Engineering in College of Automotive Engineering. The course will enable students to master the basic principles of embedded systems, specific applications. The contents include the concept of embedded systems, hardware and software components, hardware and software development and design method of embedded real-time operating system. This course will enhance students' ability of embedded hardware and software design and ability to solve practical problems for the subsequent professional courses of study and lay a solid foundation.
课程基本信息
课程名称 |
嵌入式系统原理 |
课程编码 |
422025 |
英文名称 |
Principles of Embedded Systems |
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课程学时 |
40 |
课程学分 |
2 |
课程类别 |
学科基础课程 |
课程性质 |
选修课 |
开课学期 |
第6学期 |
课内实验学时 |
16 |
适用专业 |
车辆工程 |
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开课单位 |
汽车系教研室 |
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选用教材 |
自编课程讲义 |
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主要参考书 |
1. 邵贝贝，单片机嵌入式应用的在线开发方法，北京：清华大学出版社，2004。 |
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制定人 |
卢延辉 |
制定时间 |
2018年9月 |
二、教学大纲
1、教学目标
1.1 教学目标
围绕嵌入式系统原理的基础理论和实际应用，涉及嵌入式系统的软硬件设计开发。采取教师主题引导与讲授的方式，着重培养学生解决实际工程问题的能力；同时综合运用多学科知识分析和解决复杂问题。
本课程达成如下业务能力培养要求：
1. 培养学生掌握嵌入式系统的基本原理，具体应用。掌握嵌入式系统的软硬件构成，软硬件开发设计方法，嵌入式实时操作系统的基本原理。
2. 使学生能够综合运用多学科知识分析和解决与嵌入式系统相关的复杂工程问题的能力。
1.2 教学目标与毕业要求指标点对应关系
表1 教学目标与毕业要求指标点对应关系
教学目标 |
毕业要求指标点（二级） |
教学目标1：培养学生掌握嵌入式系统的基本原理，具体应用。 |
5.1能够理解、掌握、选择、使用现代计算机软硬件等工具选择与使用技术，并进行基于仿真计算的预测与模拟 |
教学目标2：使学生能够综合运用多学科知识分析和解决与嵌入式系统相关的复杂工程问题的能力。 |
9.1能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色，理解个体与团队的关系。 |
2、教学要求
教师要积极备课，认真准备实验，对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。注重知识的拓展，并在课堂上加强思政教育。
通过理论知识教学，结合典型实例分析，充分利用多媒体动画教学使学生掌握理论知识，具备分析问题解决问题的能力。通过实验教学培养学生动手操作能力，了解实验过程，具备工程实践基础。
在第一次课堂教学中进行教学大纲解读，使学生了解本课程的授课内容，授课方法，考核方式、教学目标以及学习方法，通过对课程内容应用领域的介绍激发学生的学习兴趣，使学生能够投入足够的精力进行本课程的学习。
成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。
3、预备知识或先修课程要求
C程序设计
4、教学方式
表2教学方法（与教学目标对应）
教学方法 |
教学目标 |
教学方法包括：理论部分以课堂讲授为主，配以适当的讨论，采用多媒体授课。实验以演示教学、实践教学为主。 |
教学目标1培养学生掌握嵌入式系统的基本原理，具体应用。 |
教学目标2使学生能够综合运用多学科知识分析和解决与嵌入式系统相关的复杂工程问题的能力。 |
5、实验环境和设备
汽车电控实验室。Freescale 9s12单片机开发系统、上位PC机、Arduino Uno实验套件。
6、课程教学内容及学时分配
6.1 教学内容及学时分配
第一章 嵌入式系统导论（2学时）
第一节 嵌入式系统基本概念
第二节 嵌入式系统的组成
第三节 嵌入式操作系统
第四节 单片机基本组成原理
本章内容简介（重点）：
(1)介绍嵌入式系统的应用领域、嵌入式系统的实时性与可靠性、嵌入式系统的发展趋势，基本概念与知识点，嵌入式系统的发展过程、嵌入式系统的特点、嵌入式系统的分类、嵌入式系统的应用领域、嵌入式系统的可靠性、嵌入式系统的实时性、嵌入式系统的发展趋势
(2)这一章的重点内容是嵌入式系统的基本概念，单片机的基本组成原理。
第二章 嵌入式C语言编程（2学时）
第一节 嵌入式C语言编程特点
第二节 嵌入式C语言编程基础
本章内容简介（重点）：
着重介绍嵌入式C语言编程特点，编程基础。
第三章 MC9S12单片机的内核及片上资源（4学时）
第一节 MC9S12单片机的内部结构及功能
第二节 MC9S12单片机片上外围功能模块简介
第三节 MC9S12单片机最小系统的硬件设计
本章内容简介（重点）：
介绍MC9S12单片机的内部结构，引脚功能；外围功能模块以及最小系统的设计方法。
第四章 MC9S12单片机I/O接口和功能模块（10学时）
第一节 通用I/O接口
第二节 片内串行总线接口
第三节 增强型捕捉定时器模块
第四节 ATD模块
第五节 PWM模块
第六节 MSCAN模块
本章内容简介（重点）：
介绍MC9S12单片机的通用Ｉ／Ｏ接口和功能模块，其中，用于ＡＤ采样，ＤＡ输出以及ＣＡＮ总线通信的功能模块需重点掌握。
第五章 嵌入式实时操作系统（6学时）
第一节 概述
第二节 内存管理
第三节 任务管理
第四节 队列管理
第五节 资源管理
本章内容简介（重点）：
介绍嵌入式实时操作系统的基本概念，体系结构，内存管理，任务管理，队列管理及资源操作等。
6.2 教学内容与教学目标对应关系
表3 教学内容与教学目标对应关系
教学内容 |
教学目标 |
理论课程内容 |
教学目标1培养学生掌握嵌入式系统的基本原理，具体应用。 |
实验课程内容 |
教学目标2使学生能够综合运用多学科知识分析和解决与嵌入式系统相关的复杂工程问题的能力。 |
7、实验项目内容、学时分配、实验小组
表4实验项目一览表
序号 |
实验项目 |
内容提要 |
实验 类型 |
学时 分配 |
主要仪器 设 备 |
实验 地点 |
考核 形式 |
|
模块1：基于Arduino Uno开发板的实验项目 |
||||||||
1 |
单片机IO输出模块测试 |
利用发光二极管、数码管、蜂鸣器、电阻等元件搭建测试电路，编写测试程序。 |
验证性 |
2 |
Arduino Uno实验套件，上位PC机 |
汽车电控实验室 |
口试；试验报告（或作业） |
|
2 |
单片机IO输入模块测试 |
利用按键、发光二极管等元件搭建测试电路，编写测试程序。 |
验证性 |
2 |
Arduino Uno实验套件，上位PC机 |
|||
3 |
单片机模拟量输出模块测试 |
讲授单片机PWM模拟量输出控制原理，利用发光二极管、舵机等元件搭建测试电路，编写测试程序。 |
验证性 |
2 |
Arduino Uno实验套件，上位PC机 |
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4 |
单片机模拟量输入模块测试 |
讲授单片机AD采样原理，利用可变电位器、光敏电阻、倾斜开关、温度传感器、红外接收三极管（火焰传感器）等元件搭建测试电路，编写测试程序。 |
验证性 |
2 |
Arduino Uno实验套件，上位PC机 |
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5 |
实时操作系统应用测试 |
以FreeRTOS为例讲授实时操作系统的具体应用，编写测试程序。 |
验证性 |
2 |
Arduino Uno实验套件，上位PC机 |
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模块2：基于Freescale 9s12单片机的实验项目 |
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6 |
单片机基本功能模块测试 |
讲授键盘输入及数码管输出的基本原理，利用数码管和键盘编写基本输入输出控制测试程序。 |
验证性 |
2 |
Freescale 9s12单片机开发系统，上位PC机 |
汽车电控实验室 |
口试；试验报告（或作业） |
|
7 |
单片机通信测试 |
讲授LIN通信、CAN通信基本原理，编写测试程序。 |
验证性 |
2 |
Freescale 9s12单片机开发系统，上位PC机 |
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8 |
单片机综合控制 |
讲授步进电机、直流电机控制原理，编写综合测试程序，对单片机的ATD模块、PWM模块及MSCAN模块进行测试。 |
综合性 |
2 |
Freescale 9s12单片机 |
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8、考核要求、考核方式及成绩评定标准
8.1考核方法
表5考核方法（与教学目标对应）
考核方法 |
教学目标 |
1、针对学习效果进行考核。 2、考核方式：课程作业、实验操作。 3、考核依据：课程作业、实验报告。 |
教学目标1培养学生掌握嵌入式系统的基本原理，具体应用。 |
教学目标2使学生能够综合运用多学科知识分析和解决与嵌入式系统相关的复杂工程问题的能力。 |
8.2考核标准
表6 考核标准
考核方式 |
教学目标 |
评价标准 |
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0~59 |
60~69 |
70~79 |
80-89 |
90~100 |
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课程作业 |
培养学生掌握嵌入式系统的基本原理，具体应用。 |
未掌握嵌入式系统的基本原理 |
基本掌握嵌入式系统的基础理论知识。 |
掌握嵌入式系统的基本原理，在指导下可应用于实际。 |
掌握嵌入式系统的基本原理，并可应用于实际。 |
深入掌握嵌入式系统的基本原理，并可熟练应用。 |
使学生能够综合运用多学科知识分析和解决与嵌入式系统相关的复杂工程问题的能力。 |
不能正确解决问题。 |
能够基本解决问题，不能综合运用多学科知识。 |
基本能运用多学科知识进行分析并解决工程问题。 |
运用多学科知识，解决相对复杂的工程问题。 |
熟练运用多学科知识，正确解决复杂工程问题。 |
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8.3成绩评定
（1）课程项目作业
采用百分制。由教师根据两次作业（培养学生自主创新能力、团队合作精神的项目作业）的实际完成情况，给出成绩。
（2）课程实验
打分采用百分制。课程实验成绩包括：现场操作成绩（40分）、实验报告成绩（60分）最终实验成绩按照五分制给定。优≥90、90>良≥80、80>中≥70、70>及格≥60、不及格＜60
表7《嵌入式系统原理》课程实验评分标准
现场操作考核标准（40分） |
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0-9分 |
10-19分 |
20-29分 |
30-40分 |
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未能完成测试程序。 |
完成测试程序，试验效果与预期不一致。 |
完成测试程序，试验结果正确。 |
快速完成测试程序，试验结果正确，编程规范，试验方法有创新。 |
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实验报告考核标准（60分） |
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工整性（20分） |
完整性（20分） |
准确性（20分） |
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0分 |
20分 |
0分 |
20分 |
0分 |
20分 |
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不采用专用实验报告用纸，字迹潦草，难以辨认。 |
采用专用实验报告用纸，字迹清楚，报告整洁。 |
缺少必要的报告项目，项目内容有缺失 |
包含全部必要项目，各项目内容完整。 |
实验结果不可信，数据图表错误或表达不科学。 |
实验结果可信，数据图表准确、表达合理。 |
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（3）成绩评定
本课程考核性质为考查，综合考虑项目作业、实践实验的表现确定总成绩，成绩分为优秀、良好、中等、合格和不合格五个等级，计算公式如下：
总成绩=项目作业1（30%）+项目作业2（30%）+实践实验（40%）。
无实验成绩，总成绩为不及格。
