嵌入式實訓室（STM32）建設(shè)方案
一、嵌入式實訓室概述
隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的快速發(fā)展,嵌入式技術(shù)迎來了發(fā)展機遇的同時,也給高校的嵌入式系統(tǒng)課程帶來了挑戰(zhàn)。嵌入式系統(tǒng)具有體積小、功能強、可靠性高等特點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,深入人們生活方方面面,對應(yīng)培養(yǎng)多樣化、高端化人才的需求。因此,越來越多高校開設(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,信息工程學院計算機科學與技術(shù)專業(yè)設(shè)置了嵌入式技術(shù)的理論課程、實驗課程、課程設(shè)計和系統(tǒng)集成項目實訓,目的是培養(yǎng)同時具備嵌入式系統(tǒng)軟硬件綜合開發(fā)與應(yīng)用能力的高素質(zhì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人才。
嵌入式系統(tǒng)實訓室是進行嵌入式系統(tǒng)課程教學的重要場所,它為學生提供一個專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)學習實訓環(huán)境。實訓室一般設(shè)置有嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺、各種傳感器模塊、嵌入式處理器開發(fā)板、儀器設(shè)備等硬件設(shè)施。同時還配備了完善的軟件平臺,如嵌入式操作系統(tǒng)、開發(fā)工具鏈、仿真平臺等。
在實訓室內(nèi),學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,學習嵌入式系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、嵌入式操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動程序開發(fā)、系統(tǒng)仿真、應(yīng)用程序設(shè)計等內(nèi)容。通過完成一系列的嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計實訓,學生可以較系統(tǒng)地掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法,培養(yǎng)解決實際嵌入式系統(tǒng)開發(fā)問題的能力。
實訓室還要注重培養(yǎng)學生的動手能力和團隊合作精神。學生需要通過團隊形式開展項目實訓,在指導教師的指導下,從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計到項目實現(xiàn)全過程中練習嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。這不僅鞏固了學生的專業(yè)知識,也提高了實際能力,對今后從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作非常有幫助。
2.1什么是嵌入式
嵌入式系統(tǒng)（embedded system），是一種嵌入機械或電氣系統(tǒng)內(nèi)部、具有專一功能和實時計算性能的計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)常被用于高效控制許多常見設(shè)備，被嵌入的系統(tǒng)通常是包含數(shù)位硬件和機械部件的完整設(shè)備，例如汽車的防鎖死煞車系統(tǒng)。相反，通用計算機如個人電腦則設(shè)計靈活，可以智能處理各式各樣的運算情況，以滿足廣大終端用戶不同的需要。
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，但在較復雜的系統(tǒng)中普通微處理器（使用外部存儲芯片和外設(shè)接口電路）也很常見。通用型處理器、專門進行某類計算的處理器、為手持應(yīng)用訂制設(shè)計的處理器等，都可能應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)。常見的專用處理器有數(shù)字信號處理器。
嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵特性是處理特定的任務(wù)，因此工程師能對其進行優(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)備如計步器、電子手表和MP3播放器，大型固定裝置如交通燈、工廠控制器，大型復雜系統(tǒng)如混合動力汽車、磁共振成像設(shè)備、航空電子設(shè)備等。它們的復雜度低至單片機，高至大型底盤或外殼內(nèi)安裝有多個部件、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)的有限存儲空間內(nèi)運行;
2. 提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口,簡化應(yīng)用程序的開發(fā);
3. 實現(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)異的實時性,可以應(yīng)用于各類實時控制場景;
5. 系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,能夠無人值守獨立運行,及時處理各種事件與故障。
2.2嵌入式技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)
本專業(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)用開發(fā)、測試、集成、技術(shù)支持與維護等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。
掌握以下知識：
(1)掌握必備的思想政治理論、科學文化基礎(chǔ)知識和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化知識。
(2)熟悉與本專業(yè)相關(guān)的法律法規(guī)以及環(huán)境保護、安全消防、文明生產(chǎn)等知識。
(3 )掌握數(shù)模電路基礎(chǔ)及常用傳感器基本原理。
(4)掌握計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)。
(5)熟悉單片機系統(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開發(fā)基本原理。
(8)掌握嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)基本原理。
具備以下能力：
(1 )具有探究學習、終身學習、分析問題和解決問題的能力。
(2)具有良好的語言、文字表達能力和溝通能力。
(3)具有良好的文檔策劃、編寫及圖像處理能力。
(4)具有計算機語言程序編程能力。
(5)具有單片機系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)能力。
(6 )具有STM32應(yīng)用程序開發(fā)能力。
(7 )具有嵌入式應(yīng)用軟件測試及撰寫測試報告能力。
(8)具有移動智能終端產(chǎn)品開發(fā)及測試能力。
(9)具有嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力。
(10)具有嵌入式系統(tǒng)集成、技術(shù)支持及維護能力。
(11)具有綜合應(yīng)用專業(yè)知識進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。
2.4嵌入式實訓室配備專業(yè)核心課程主要教學內(nèi)容
2.4.1基礎(chǔ)實驗
1) 跑馬燈、流水燈實驗
2) 彩色流水燈、交通燈實驗
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)動等實驗
5) 1 位數(shù)碼管顯示實驗
6) 可以做雙色點陣屏顯示實驗，滾動、靜態(tài)顯示字符、漢字符號等
7) LCD1602 液晶屏顯示實驗，可以顯示字符、數(shù)字等
8) LCD12864 液晶屏顯示實驗，可以顯示漢字、字符、數(shù)字
9) OLED 顯示實驗，可以顯示 4 行漢字，可以顯示圖片
10) TFT 彩屏圖像、文字顯示。可以做人機交互界面實驗
11) 按鍵控制、外部中斷等實驗
12) 矩陣鍵盤實驗，可用作控制、教學實驗等
13) 可以用作游戲控制桿、實現(xiàn)獨立按鍵等功能
14) 音樂播放、報警提示等
15) 電子表、萬年歷實驗
2.4.2 傳感器實驗
1) 溫度測量
2) 光電開關(guān)實驗
3) 火災報警、火焰檢測等實驗
4) 測速、電磁檢測等實驗
2.4.3電器控制實驗
1) 直流電機調(diào)速、調(diào)向的驅(qū)動實驗
2) 步進電機調(diào)速、調(diào)向、調(diào)角度的驅(qū)動實驗
3) 繼電器控制實驗
2.4.4 數(shù)據(jù)傳輸、存儲模塊功能
1) 串口通信，TTL 轉(zhuǎn) RS-232 實驗
2) 外部存儲、IIC 總線學習
3) 串行轉(zhuǎn)并行實驗，可以擴展IO
4) 并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行的實驗
5) SD 卡的讀寫、文件系統(tǒng)的學習實驗。
6) 配合多組 485 模塊，可以進行 485 通訊實驗
7) 可以發(fā)射不同載波頻率的紅外信號
8) 紅外接收解碼實驗
9) AD/DA 兩種轉(zhuǎn)換
10) 8 位數(shù)據(jù)鎖存實驗，可以做 CPU 與外圍模塊的驅(qū)動、緩沖模塊
11) 可以 IO 擴展，學習譯碼實驗
2.4.5 工業(yè)組態(tài)軟件MCGS編程實驗
2.4.6 工業(yè)組態(tài)軟件MCGS在單片機控制中的應(yīng)用實驗
1）步進電機控制實驗_總線控制
2）直流電機控制實驗_總線控制
3）工業(yè)順序控制實驗_位控制
4）數(shù)據(jù)采集實驗_總線控制
5）數(shù)據(jù)采集實驗_總線控制
6）數(shù)字電壓表實驗
7）液體混合控制實驗
8）交通燈控制實驗
2.4.7工業(yè)組態(tài)軟件和微控制器的接口編程實驗
三、 嵌入式實訓室配置清單
| 序號 | 名稱型號 | 數(shù)量（套） |
| 1 | 嵌入式綜合實驗箱 | 60 |
| 2 | 示波器 | 60 |
| 3 | 萬用表 | 60 |
| 4 | 實驗桌定制 | 30 |
| 5 | 學生凳定制 | 60 |
| 6 | 24口交換機 | 3 |
| 7 | 電動幕布 | 1 |
| 8 | 智能擴聲音頻終端 | 1 |
| 9 | 音源播放器 | 1 |
| 10 | 無線音源采集器 | 1 |
| 11 | 音源采集器 | 1 |
| 12 | 實驗室布線（根據(jù)實際實驗室面積） | 1 |
| 13 | 電腦 | 60 |
注：具體參數(shù)請聯(lián)系客服
DB-STM32 嵌入式單片機實驗箱
