嵌入式实训室（STM32）建设方案
嵌入式实训室（STM32）建设方案
一、嵌入式实训室概述
随着物联网和人工智能的快速发展,嵌入式技术迎来了发展机遇的同时,也给高校的嵌入式系统课程带来了挑战。嵌入式系统具有体积小、功能强、可靠性高等特点,已经广泛应用于各个领域,深入人们生活方方面面,对应培养多样化、高端化人才的需求。因此,越来越多高校开设了嵌入式系统技术与应用课程。以新兴应用型本科院校为例,信息工程学院计算机科学与技术专业设置了嵌入式技术的理论课程、实验课程、课程设计和系统集成项目实训,目的是培养同时具备嵌入式系统软硬件综合开发与应用能力的高素质嵌入式应用系统开发人才。
嵌入式系统实训室是进行嵌入式系统课程教学的重要场所,它为学生提供一个专业的嵌入式系统学习实训环境。实训室一般设置有嵌入式系统开发平台、各种传感器模块、嵌入式处理器开发板、仪器设备等硬件设施。同时还配备了完善的软件平台,如嵌入式操作系统、开发工具链、仿真平台等。
在实训室内,学生可以接触各种主流的嵌入式处理器和微控制器,如ARM、MIPS、AVR、DSP等,学习嵌入式系统硬件电路设计、嵌入式操作系统移植、驱动程序开发、系统仿真、应用程序设计等内容。通过完成一系列的嵌入式系统课程设计实训,学生可以较系统地掌握嵌入式系统开发方法,培养解决实际嵌入式系统开发问题的能力。
实训室还要注重培养学生的动手能力和团队合作精神。学生需要通过团队形式开展项目实训,在指导教师的指导下,从需求分析、系统设计到项目实现全过程中练习嵌入式系统开发。这不仅巩固了学生的专业知识,也提高了实际能力,对今后从事嵌入式系统开发工作非常有帮助。
二、 嵌入式实训室概念及背景
2.1什么是嵌入式
嵌入式系统（embedded system），是一种嵌入机械或电气系统内部、具有专一功能和实时计算性能的计算机系统。嵌入式系统常被用于高效控制许多常见设备，被嵌入的系统通常是包含数位硬件和机械部件的完整设备，例如汽车的防锁死煞车系统。相反，通用计算机如个人电脑则设计灵活，可以智能处理各式各样的运算情况，以满足广大终端用户不同的需要。
现代嵌入式系统通常是基于微控制器（如含集成内存和/或外设接口的中央处理单元）的，但在较复杂的系统中普通微处理器（使用外部存储芯片和外设接口电路）也很常见。通用型处理器、专门进行某类计算的处理器、为手持应用订制设计的处理器等，都可能应用到嵌入式系统。常见的专用处理器有数字信号处理器。
嵌入式系统的关键特性是处理特定的任务，因此工程师能对其进行优化，以降低产品的体积和成本，提升可靠性和性能。
嵌入式系统的物理形态包括便携设备如计步器、电子手表和MP3播放器，大型固定装置如交通灯、工厂控制器，大型复杂系统如混合动力汽车、磁共振成像设备、航空电子设备等。它们的复杂度低至单片机，高至大型底盘或外壳内安装有多个部件、外设和网络。
嵌入式系统的主要特征包括:
1. 代码体积小,可以在嵌入式系统的有限存储空间内运行;
2. 提供统一的应用程序接口,简化应用程序的开发;
3. 实现模块间的解耦合,不同模块可以灵活组合和拆卸;
4. 具备优异的实时性,可以应用于各类实时控制场景;
5. 系统可靠稳定,能够无人值守独立运行,及时处理各种事件与故障。
2.2嵌入式技术与应用专业人才培养
本专业培养面向软件和信息技术服务业的嵌入式系统设计工程技术人员、软件和信息技术服务人员等职业群，能够从事智能终端、物联网等嵌入式系统应用开发、测试、集成、技术支持与维护等工作的高素质技术技能人才。
掌握以下知识：
(1)掌握必备的思想政治理论、科学文化基础知识和中华优秀传统文化知识。
(2)熟悉与本专业相关的法律法规以及环境保护、安全消防、文明生产等知识。
(3 )掌握数模电路基础及常用传感器基本原理。
(4)掌握计算机程序设计基础。
(5)熟悉单片机系统结构基本原理。
(6)熟悉嵌入式操作系统基本原理。
(7)掌握STM32开发基本原理。
(8)掌握嵌入式系统应用开发基本原理。
具备以下能力：
(1 )具有探究学习、终身学习、分析问题和解决问题的能力。
(2)具有良好的语言、文字表达能力和沟通能力。
(3)具有良好的文档策划、编写及图像处理能力。
(4)具有计算机语言程序编程能力。
(5)具有单片机系统设计与开发能力。
(6 )具有STM32应用程序开发能力。
(7 )具有嵌入式应用软件测试及撰写测试报告能力。
(8)具有移动智能终端产品开发及测试能力。
(9)具有嵌入式系统应用开发能力。
(10)具有嵌入式系统集成、技术支持及维护能力。
(11)具有综合应用专业知识进行创新创业的能力。
2.4嵌入式实训室配备专业核心课程主要教学内容
2.4.1基础实验
1) 跑马灯、流水灯实验
2) 彩色流水灯、交通灯实验
3) 红、绿两种颜色显示
4) 电子钟显示、数码管多位显示、74HC595 驱动等实验
5) 1 位数码管显示实验
6) 可以做双色点阵屏显示实验，滚动、静态显示字符、汉字符号等
7) LCD1602 液晶屏显示实验，可以显示字符、数字等
8) LCD12864 液晶屏显示实验，可以显示汉字、字符、数字
9) OLED 显示实验，可以显示 4 行汉字，可以显示图片
10) TFT 彩屏图像、文字显示。可以做人机交互界面实验
11) 按键控制、外部中断等实验
12) 矩阵键盘实验，可用作控制、教学实验等
13) 可以用作游戏控制杆、实现独立按键等功能
14) 音乐播放、报警提示等
15) 电子表、万年历实验
2.4.2 传感器实验
1) 温度测量
2) 光电开关实验
3) 火灾报警、火焰检测等实验
4) 测速、电磁检测等实验
2.4.3电器控制实验
1) 直流电机调速、调向的驱动实验
2) 步进电机调速、调向、调角度的驱动实验
3) 继电器控制实验
2.4.4 数据传输、存储模块功能
1) 串口通信，TTL 转 RS-232 实验
2) 外部存储、IIC 总线学习
3) 串行转并行实验，可以扩展IO
4) 并行数据转串行的实验
5) SD 卡的读写、文件系统的学习实验。
6) 配合多组 485 模块，可以进行 485 通讯实验
7) 可以发射不同载波频率的红外信号
8) 红外接收解码实验
9) AD/DA 两种转换
10) 8 位数据锁存实验，可以做 CPU 与外围模块的驱动、缓冲模块
11) 可以 IO 扩展，学习译码实验
2.4.5 工业组态软件MCGS编程实验
2.4.6 工业组态软件MCGS在单片机控制中的应用实验
1）步进电机控制实验_总线控制
2）直流电机控制实验_总线控制
3）工业顺序控制实验_位控制
4）数据采集实验_总线控制
5）数据采集实验_总线控制
6）数字电压表实验
7）液体混合控制实验
8）交通灯控制实验
2.4.7工业组态软件和微控制器的接口编程实验
三、 嵌入式实训室配置清单
|
序号 |
名称型号 |
数量（套） |
|
1 |
嵌入式综合实验箱 |
60 |
|
2 |
示波器 |
60 |
|
3 |
万用表 |
60 |
|
4 |
实验桌定制 |
30 |
|
5 |
学生凳定制 |
60 |
|
6 |
24口交换机 |
3 |
|
7 |
电动幕布 |
1 |
|
8 |
智能扩声音频终端 |
1 |
|
9 |
音源播放器 |
1 |
|
10 |
无线音源采集器 |
1 |
|
11 |
音源采集器 |
1 |
|
12 |
实验室布线（根据实际实验室面积） |
1 |
|
13 |
电脑 |
60 |
注：具体参数请联系客服
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