嵌入式课程设计

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嵌入式课程设计范文第1篇

嵌入式方向包括软硬件协同设计、嵌入式体系结构、实时操作系统、嵌入式产品设计等方面的知识，需要掌握嵌入式系统设计的典型开发工具，培训学生具备嵌入式系统软、硬件的开发能力，对于特定行业领域（例如移动终端、数字家庭、信息家电以及对传统产业信息化改造）已经逐步形成了特定的嵌入式开发方法与手段。

随着软硬件技术快速发展，嵌入式系统不再是一门课程就可以介绍清晰，而逐步成为一个课程群，该方向的专业课程可划分为：嵌入式系统原理、嵌入式操作系统、实时系统、嵌入式软件设计、软硬件协同设计、嵌入式系统软件工程、嵌入式系统中间件、数字信号处理等。一些学校还开设了微机电路应用设计、单片机编程、ARM等课程。

我们收集并分析了国内部分高校在嵌入式课程上的教学大纲，以此为基础设置了我们的嵌入式系统概论课程。表1是我们收集的大学名称、课程名称、学时数与知识点，这些课程基本上是基于Intel的XScale实验板设计的，对我们设计“嵌入式系统概论”有借鉴作用。

综合上述高校的嵌入式课程，有些是针对计算机专业开设的，有些是针对其他专业的，有本科期间开设的，也有硕士期间开设的，一些高校开设了多门嵌入式方向大课程。我们设计的“嵌入式系统概论”是针对本科阶段开设的嵌入式方向入门课程，主要面向大三的本科生，其课程结构如图1所示，其前修课程一般是计算机组成、微机原理、接口、汇编、操作系统、程序设计语言、体系结构。部分后续课程开设在研究生阶段。

嵌入式系统概论课程的目的，是综合前修计算机专业课程，以及包括数字电路等更基础的知识，开拓学生对嵌入式的视野，为后续课程奠定基础。因此在嵌入式课程中不会介绍汇编语言设计、接口电路的设计等知识。

我们认为，该课程理论部分的知识点分布基本上如图2所示，主要分为四大模块，分别是嵌入式概念、嵌入式体系、嵌入式系统软件、嵌入式软件开发。实验部分由于各学校实验材料的差异，较难对比，我们的使用设备主要是30套Intel XScale与30套Motorola Dragonball。

对于嵌入式体系结构，首先介绍各种嵌入式体系结构、处理器、DSP。

由于ARM体系是目前嵌入式系统工业界事实上的标准，一般都以ARM体系为例介绍嵌入式体系结构，并介绍ARM汇编。由于上课学生已经学习了汇编语言，所以需要简单介绍ARM汇编与微机汇编的差异与特点，要求学生以自学为主，作业为辅，可以较快地掌握该汇编。浙江大学计算机专业本科生阶段在计算机组成课程中还学习了MIPS汇编，所以学生们对ARM汇编掌握起来就更快一些。

在嵌入式体系的具体实例介绍中，我们结合本课程的实验平台简要介绍XScale体系，这部分主要也是自学为主，结合实验环节让学生掌握看硬件资料的能力。

在嵌入式体系结构部分，还需要介绍嵌入式系统的硬件系统，包括JTAG接口、外设、中断、总线等。通过这部分的介绍，学生们可以了解嵌入式硬件系统的构成与软硬件接口。

嵌入式系统软件就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统包括非实时嵌入式操作系统与实时嵌入式操作系统（RTOS），在嵌入式课程中主要介绍RTOS。在系统软件模块中将介绍实时系统概念、操作系统在嵌入式系统领域的改造，例如处理器调度的实时性改造、中断处理、文件系统、MMU等。嵌入式系统概论课程主要介绍常见的各种嵌入式操作系统，包括它们的特点、应用领域，并以嵌入式Linux为例子，介绍Linux的改造、裁减与移植。

最后一个模块是嵌入式软件开发，是介绍嵌入式软件开发的过程，使得整门课程最终能够形成一个完备的嵌入式开发体系。Bootloader的设计，也可放在操作系统移植中进行介绍。嵌入式图形用户界面目前没有统一的标准，作为概论课程需要介绍各个嵌入式GUI的优缺点与适用范围。同样，课程介绍包括Tornado、等嵌入式开发环境，以及嵌入式中间件。课程最后将以实例来介绍嵌入式系统的开发流程。

作为后续课程，我们认为一些专题性质的开发工具，例如开发、Symbian开发、BREW开发等，可以利用浙江大学暑假短学期为期两周的课程实践来完成。而实时系统可以单独开设研究生层次的课程，面向领域的嵌入式系统设计可以开设相关的专题班进行讨论。部分嵌入式软件开发的知识点，可以交给其他课程完成，例如人机交互设计课程里面，可以介绍嵌入式GUI的设计，FPGA可以在相关硬件课程中完成。微机原理课程也可以涉猎部分嵌入式课程的内容，例如工业控制、嵌入式系统扩展等，对于微机原理课程的改革，也是嵌入式中心正在进行的工作之一，希望将实验设备更新到奔腾M处理器，增加FPGA，实现原来微机原理的实验，并完成嵌入式的实验。

嵌入式课程设计范文第2篇

关键词：嵌入式系统；课程教学；教学改革；实践环节；创新性

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）13-0123-02

嵌入式系统课程是一门交叉学科，涉及的知识面宽广，系统开发流程中既有硬件设计又有软件代码的编写。嵌入式系统涉及的课程有模拟电子线路，数字电路，C语言等课程。学生在学习时需要具备较多的专业基础知识。同时嵌入式系统设计又是一门实践重于理论的课程，学生还需要大量地进行实践操作。所以学生在学习过程中极易碰到学习的壁垒，慢慢就会失去学习的热情，一致于会放弃该门课程的学习。

嵌入式课程的教学目的是为了培养学生具有独立自主的软硬件开发能力，但是目前大部分高校仍然采用传统的教学方式和教学方法，带来的后果是学生的动手实践能力依然不足以从事技术类的设计工作。

1 教与学的现状

1.1教学的现状

传统的嵌入式课程教学主要由理论课堂教学和实验教学两部分组成。课堂教学普遍采用多媒体设备，将教学内容制作成幻灯片，对着PPT讲解电路和程序、CPU内部结构、IO接口、硬件、软件，均采用演示的方法。在实验中教师认真讲解硬件的连接方式，学生按照教师讲解的编程流程进行验证。

1.2学生学习的现状

与重点院校相比，我校的办学目的是培养应用型人才。我校生源质量和重点大学是有较大的差距，如果采用传统方式进行教学，不根据课程自身与学生的特点，依然采用老师讲、学生做，无法培养学生的工程应用能力。

2 课程的教学改革和实践

2.1理论教学

在教学内容的选择上，需要简要讲解嵌入式系统的开发流程和交叉开发环境，各个层次需要掌握的技术，目的让学生有针对性学习，根据自身特点确立技术的方向。在具体实施中用少量简单例子说明各环节的相关知识和开发方法。

在教学的方法方面，对于ARM技术的教学以介绍为主，尽可能改进传统的满堂灌的教学方式，在教学中采用对比教学的方法，比如：和51核单片机对比，避免抽象乏味的教学方式。

在授课方式方面，整合课堂资源，让学生在课堂上能够理解嵌入式系统开发的基本理论与基本技能，根据课堂教学的实际情况，精心设计与课堂讲授相对应的实践内容。对于实践强的教学内容，把以前理论课堂讲解的内容放在实验室开展教学。例如：对于ARM指令和汇编编程的讲解要突出应用性，我们尝试在实验室完成这部分的教学，不再是按照传统进行逐条地讲解指令和语法，而是通过一个个例程讲解程序的结构，中间用到的指令让学生采用查阅方式进行 “Learning by Doing”。在实践中学生学习的积极性明显提高了。

2.2 新的教学方法的实践

改变传统的单一的教学方式，传统的教学是上课地点在教室里面，教学设备只有黑板和投影设备，极大限制了教师教学方法的发挥，教师只能按照PPT进行讲解，学生只能被动地接受，往往到了课程结束也不知道该如何搭建嵌入式的开发环境，即便上完配套的实验课程也仅仅是理论的验证，学生往往连基本的调试能力都不具备，更别说培养应用开发能力了。

新的授课方式：把传统的理论课堂和实验课堂结合起来授课，前面讲述基本ARM技术部分放在教室进行，汇编程序和芯片部分在实验室进行。例如：对于ARM汇编指令部分教学，根据ARM汇编虽用得少但又很重要的特点，在讲述汇编指令时改变传统的授课方法，以具体的工程实例进行教学，汇编指令学生以查找的方式进行实践，通过5个例程练习，学生可以以软件模拟的方式快速掌握ARM汇编代码的调试和阅读代码的能力。经过这样的训练学生可以阅读ARM开发板的启动代码。在讲述芯片的接口和相关控制器时，在实验室进行理论部分的教学教师就更好发挥灵活的教学方式了，这样的教学方式压缩了理论授课的课时，让学生成为课堂的主题，教师是辅助教学，学生的动手实践机会增加，学习的惰性减少，积极性获得提高。而且明显提高了教学的效率。

在教学中精讲理论部分，对于难于理解的理论要少讲，在实践中理解。扩大课程的知识面。

双师制的尝试： ARM+LINUX教学安排可以安排2个教师来进行教学，发挥教师的所长，擅长底层硬件的老师进行ARM部分的教学，擅长LINUX部分的教师进行操作系统部分教学。

2.3 实践环节的改革

1）实验课程的教学改革

针对嵌入式课程实践性强的特点和实验课时普遍偏少的现状，整合教学内容，压缩传统的汇编指令部分的课时，同时开放实验室和发放开发板，学生可以把便携的嵌入式开发板带回去，随时随地地进行嵌入式的学习。我们在教学中提高了实验课比例。把总学时的3/4安排为实验课，整合理论和实验课堂，把与实验直接相关的理论带到实验课上讲解。理论课占仅总学时的1/4左右，主要讲授ARM技术和芯片工作的基本原理。在实践中对学生开放实验室确实弥补了实验课时的不足，提高学生动手能力，学生通过把便携开发板带回学习也极大带动了同寝室学生的学习积极性。

在实验教学中我们发现学生过于依赖实验箱的问题，在以往试验中学生只需按照试验箱自带的实验指导书的步骤一步一步操作就可以轻松完成实验。针对这种情况，我们改进了教学设备，利用接口全开放的开发板，既可以满足常规的验证性的实验教学也可以进行设计性的实验。

2）集中实践环节的教学改革

由于面向电子信息类专业学生，学生就业的方向更加偏向底层，在硬件实践训练更加侧重，硬件设计中接口的扩展、电路的绘制和驱动程序的编写。以2周的课程设计为例，引入企业的项目管理机制，在集中实践环节，按照3人为一个项目组开展实践，整个工作流程尽可能接近实际产品研发流程。从方案选择，硬件的电路图绘制、焊接、硬件调试、代码的编写，其中每个环节要更接近产品研发的流程。学生的团队协作能力得到了提高。重点也培养三个能力：创新能力、动手能力和团队协作能力。

3 结论

综上所述，我校通信专业的嵌入式系统课程教学进行了2年的教学改革的实践，学生学习的积极性明显获得了提高，在蓝桥杯和电子设计大赛中多次获奖，在毕业设计中更多学生选择利用嵌入式技术来完成毕业设计课题。教师也在教学实践中需要优化教学内容和设计开发了实践性的课题，得到了提升。目前我院正在建立高性能的嵌入式实验室，通过更多的创新性的综合设计性项目来改善和提高我院的嵌入式课程教学。

参考文献：

[1] 刘彦文.嵌入式系统原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2] 刘太安，杜春玲. 嵌入式教学模式探索与实践[J].科技创新导报，2009（22）：160.

[3] 白玉. 嵌入式系统及应用课程案例教学模式的研究与探索[J]. 教育教学论坛，2015（13）：155-156.

嵌入式课程设计范文第3篇

关键词：嵌入式组件；驱动程序；课程研究

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0044-02

计算技术的发展经历了三次革命：存储程序计算机、高级编程语言和组件级编程。在通用计算机中利用面向对象技术进行编程，实现代码重用。而现在的嵌入式技术中也需要这样的功能，开发一个组件，该组件可以很容易作为其他程序的组成部分使用。嵌入式系统在人们的印象中多应用在工业控制领域以及智能机器人，但随着移动通讯以及智能家电、网络家电的发展，嵌入式系统的应用越来越广。在任何大中型嵌入式软件设计项目中，重要的是在代码编写之前完成某种形式规范。组件级设计也不例外。在每一组代码前，用一组描述组件接口的形式规范描述代码的属性和方法。在程序开发过程中可以在任意时刻添加该组件。在组件级编程中，可以利用单个组件（例如按钮、列表框或文本框控件）组合成多个功能复杂的大型程序。[1]

一、嵌入式组件概述

嵌入式组件设计是电子信息专业及相近专业的一门专业课，其目的是使学生了解一种重要的、最新的应用程序开发风格――组件级编程和设计的方法，并将这种组件设计与嵌入式系统联系起来，使嵌入式系统设计更加方便简单。完成这些内容的学习后，使学生能在嵌入式系统中轻松开发大量基于组件的应用程序，而且还具备开发各种第三方定制组件所需的技能。

1.嵌入式驱动程序设计

设备驱动程序是介于硬件和OS内核之间的软件接口，是一种低级的、专用于某一硬件的软件组件。驱动程序模块，就可以把操作系统的API函数和底层的硬件分离开来。当设备改变的时候，只需更换相应的驱动程序，不必修改操作系统的内核以及运行在操作系统中的软件。[2]该部分包括基于ARM架构的串行口通讯、键盘驱动原理、I/O接口电路、A/D接口电路、LCD的驱动控制、触摸屏程序设计、USB接口组件设计的内容。

2.控件设计

与Windows操作系统类似，控件是可视化开发的基础。对于开发应用程序的用户来说，控件是一个独立的组件，有着自己的显示方式和动态内存管理模式，设置中有的控件还可以向系统发送自己的消息。用户不需要掌握控件的内部到底是如何工作的，只需通过控件提供的API函数改变控件相应的属性，即可改变控件的显示方式。控件的引入可以大大方便用户的开发，加速用户应用程序界面的编写速度。同时，也为运行在操作系统上的应用程序的界面提供了统一的标准，方便了使用。控件设计包括消息、文本框控件、列表框控件、按钮控件、窗口控件、绘图控件、系统时间功能部分应用程序编写。

3.基本组件设计

前面介绍的几种组件都属于单个组件的开发设计，而组件级编程中涉及到的组件是综合组件，包含多个单个组件设计。该组件级编程可以完成嵌入式系统中包括PDA、电子字典、手机等设备的基本功能的实现。

基本功能组件包括：电话簿组件设计、记事本组件设计、日程表组件设计、系统时间组件设计、日历组件设计、智能拼音输入法组件设计、科学型计算器组件设计，这部分处于用户应用程序中。

二、嵌入式驱动程序设计研究

1.ARM的串行口通讯

这部分设计目标是掌握串行通讯原理；掌握编程实现ARM和计算机实现串行通讯。ARM通过监视串行口，把在程序中插入的想要反馈程序运行情况的串行口语句输出到显示器中的超级终端中，这样便可以实时监控程序的运行情况，方便调试程序。串行口组件设计是将接收到的字符再发送给串口（计算机与开发板是通过超级终端通讯的），即按PC键盘通过超级终端发送数据，开发板将接收到的数据再返送给PC，在超级终端上显示。[3]

2.键盘驱动原理

这部分设计目标是掌握键盘驱动的基本原理；熟悉不带操作系统键盘驱动实现；了解带操作系统键盘驱动实现。键盘的设计是将一个瞬时接触开关放置在每一行与每一列的交叉点。矩阵所需的键的数目显然根据应用程序而不同。每一行由一个输出端口的一位驱动，而每一列由一个电阻器上拉且供给输入端口一位。键盘扫描过程就是让微处理器按有规律的时间间隔查看键盘矩阵，以确定是否有键被按下。一旦处理器判定有一个键按下，键盘扫描软件将过滤掉抖动并且判定哪个键被按下。每个键被分配一个称为扫描码的唯一标识符。应用程序利用该扫描码，根据按下的键来判定应该采取什么行动。

3.I/O接口电路

这部分设计目标是掌握组件接口的设计；掌握基于ARM开发板对I/O编程的方法；掌握LED工作原理、编程实现LED实现。I/O设备、相关的设备驱动程序和I/O子系统组成嵌入式I/O系统。I/O系统的目标是对RTOS和应用程序员隐藏设备特定的信息，并且对系统的I/O设备提供一个统一的访问方法。

利用I/O编程的方法，在ARM开发板的数码管上显示键盘输入的键值。显示器的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到CRT显示器，都可以与微机配接。在单片机应用系统中常用的显示器主要有发光二极管数码显示器，简称LED显示器。LED显示器具有驱动电路简单、耗电省、成本低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、寿命长等优点，但显示内容有限，不能显示图形，因而其应用有局限性。当选用共阴极的LED显示器时，所有发光二极管的阴极连在一起接地，当某个发光二极管的阳极加入高电平时，对应的二极管点亮。因此要显示某字形就应使此字形的相应段的二极管点亮，实际上就是发送一个用不同电平组合代表的数据字来控制LED的显示，此数据称为字符的段码。

4.ARM的A/D接口电路

这部分设计目标是掌握A/D接口原理、编程实现ARM系统的A/D功能；了解模型组件设计方法。能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。A/D 转换器是模拟信号源和CPU 之间联系的接口，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机和数字系统进行处理、存储、控制和显示。一般A/D转换过程要经过采样、保持、量化和编码四个步骤。前两步在取样―保持电路中完成，后两步则在A/D转换器中完成。D/A转换器的基本原理是将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，便实现了从数字量到模拟量的转换。

5.LCD的驱动控制

这部分设计目标是掌握LCD（液晶屏）显示器的基本原理、驱动控制方法；熟悉用总线方式驱动LCD、用ARM内置的LCD控制器驱动LCD。LCD显示器的基本原理就是通过给不同的液晶单元供电，控制其光线的通过与否，从而达到显示的目的。因此，LCD的驱动控制归于对每个液晶单元的通断电的控制，每个液晶单元都对应着一个电极，对其通电，便可使光线通过。

6.触摸屏程序设计

这部分设计目标是了解触摸屏基本概念与原理、编程实现对触摸屏的控制；了解嵌入式系统的基本组件模块和其他组件模块。触摸屏是专门处理是否有笔或手指等物体按下触摸屏，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，并在按下时分别给两组电极通电。因其中一面导电层（顶层）接通X轴方向的5V均匀电压场，使得检测层（底层）的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，其对应位置的模拟电压信号经过A/D转换送回处理器。经过坐标转换后，得到触摸点的x，y坐标。

7.USB接口组件设计

这部分设计目标是了解USB基本概念与原理、编程实现对USB接口的控制。可以使用USB进行连机通信，当连接USB的时候，可以从PC机通过USB端口下载程序，也可以上传文件至PC机，也可以断开USB停止上传和下载。

三、嵌入式控件设计研究

文本框控件可以显示文件和数据内容，能够通过对文本框的编辑修改内容，并可保存到文件，系统调用以后，文件内容不丢失。列表框控件可以列出系统中的存储在存储器中的指定扩展名的文件，也可以将要显示的数据列出来。并且还可以控制列表框中的列表内容上下显示，及添加新的列表内容。

按钮控件是一个非常重要的组件。大多数功能设计或游戏设计都需要按钮控件。当通过触摸屏对按钮控件进行单击、双击、按下、抬起、移动时，都会触发按钮控件，按钮控件会根据不同的动作进行响应。

窗口控件的作用是输出信息、显示图形。像游戏活动区域、手写输入区域、显示内容区域等，这些区域都需要窗口控件来完成。游戏只能在窗口中进行，不能离开该窗口。窗口以外的区域为游戏说明区域或控制游戏按钮区域。手写输入只能在窗口内输入，在窗口以外的区域不识别。

绘图设备上下文（DC）保存了每一个绘图对象的相关参数（如绘图画笔的宽度、绘图的原点坐标等）。在多任务操作系统中，通过绘图设备上下文来绘画，可以保证在不同的任务中绘图的参数相互独立、互不影响。

四、总结

经过该门课程学习，可以从学会设计一个控件，如按钮、文本框、列表框到根据这些控件完成一项功能设计，如可以将存储卡中的bmp格式的位图文件名列表显示出来，通过点击可以把图形显示出来。了解串行口、键盘、I/O接口、A/D接口、D/A接口、液晶屏、触摸屏、USB接口的工作原理及如何让这些硬件动起来，很容易从中找到设计灵感，找到嵌入式开发的乐趣，完成属于自己的嵌入式系统应用程序设计。

参考文献：

[1]王小妮，魏桂英，杨根兴.嵌入式组件设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

嵌入式课程设计范文第4篇

关键词：卓越计划；CDIO；嵌入式系统

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）14-0028-03

一、引言

自进入21世纪以来，随着经济全球化，信息全球化的进程不断加快，市场对高素质工程人才的需求不断增长。目前，我国高等工程教育规模已达到高等教育总规模1 /3以上，跃居世界第一[1]。然而，我国培养的工程人才在质量上与国外高校相比仍然相差甚远。据麦肯锡季刊载文[2]指出，我国仅仅只有10%的工科毕业生达到跨国公司的用人标准。

为了实现在2020年将我国建设成为创新型国家，2010 年国家教育部启动了“卓越工程师培养计划”（简称“卓越计划”），旨在培养一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型高质量工程技术人才[3]。东华理工大学机电学院电子信息工程专业2013年开始实施“卓越计划”试点班，通过借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验，采用成熟CDIO工程教育理念实现培养目标，系统改革了人才选拔和培养管理模式。本文是在东华理工大学卓越工程师试点班“嵌入式系统设计”课程基础上，通过实施CDIO教学模式的经验总结。

二、课程反思

嵌入式系统设计课程是电子信息工程专业高年级学生的必修主干课程，是一门综合性强、知识覆盖面广、实践性极强的课程。教师如何上好这门课，学生如何学好这门课一直是一个难题。尽管本学院一直在教学内容、教学方法等方面进行改革，教学内容由原来的ARM7体系结构更新到Cortex-M3体系结构，并自主开发了STM32 实验教学平台。笔者根据多年从事 “嵌入式系统设计”课程的教学工作经验，认为传统的理论加实验的教学模式普遍存在如下问题：

1） 理论课时多，实验课时少。以我院电子信息工程专业为例，理论学时38学时，实验学时16学时。在如此有限的实验学时内，学生的实践能力难以得到锻炼。

2） 实验类型单一，每次实验往往只是对单个知识点训练，导致学生常常“只见树木，不见森林”，设计和开发完整嵌入式系统的能力弱。

3） 经典教材缺乏，因为各个学校采用的实验教学平台不同，很多时候选用的教材难以与现有平台配套。

4） 师资力量薄弱，大部分教师缺乏企业工作经历，双师型人才匮乏。

5） 评价方式单一，仅仅依靠实验报告及试卷成绩作为评价学生能力的标准，缺乏实践及应用能力的考量。

传统的教学体系和考核方式严重地束缚了工程人才质量的提高，对该课程进行教学模式改革势在必行。

三、CDIO工程教育理念

CDIO全称为 Conceive―Design―Implement―Operate（构思―设计―实施―运作），该教育模式是由 MIT 等世界名校在2000年提出并推广的工程教育理念，在中国最早由汕头大学将CDIO工程教育理念引入工程教育领域[4]，经过近十余年的发展已经在上百所高校得到推广应用，并取得了良好效果。CDIO教育模式以真实世界的产品从构思到运行的全生命周期为载体，将理论、实践和创新融为一体，解决工程教育中理论与实践脱节的问题[5]，以培养满足行业需求的合格工程人才为最终目标，CDIO 工程教育的基本理念与“卓越计划”人才培养需求不谋而合。在嵌入式系统设计教学中引入 CDIO 的工程教育理念，有利于调动学生的学习积极性，有利于学生实践动手能力和系统性思维的培养，有利于培养学生团队协作沟通能力和创新设计能力，从而实现卓越工程师的培养目标。

四、构建基于“卓越计划”和CDIO 的课程教学体系

笔者依托东华理工大学教改课题嵌入式系统设计课程改革研究和实践，针对传统教学模式的弊端，在“卓越计划”系统框架的指导下，结合专业实际情况引入CDIO工程教育理念，倡导在培养优化师资队伍的同时，实施以实际工程项目为中心、学生自主探究式学习为主的一体化教学模式。通过“3+1”新型校企联合培养模式，o予学生更多参与实际工程的机会，让学生的综合能力更贴近市场和企业的需求。通过将嵌入式系统课程内容和CDIO的工程理念紧密结合起来，以促进学生与教师共同发展为目的，提出了如图1所示嵌入式系统设计课程教学模式。

1.加强教师团队建设

名师出高徒，优质的师资队伍是卓越工程师培养的人力资源基础，其中CDIO 标准中第九条明确指出：必须采取行动提高教师工程实践能力[6]，参与“卓越计划”的高校教师的整体素质直接关系到卓越工程师培养的质量[7]。虽然担任本专业嵌入式系统课程的教师通过科研和社会服务项目积累了一定的工程实践经验，但与“卓越计划”的需要仍然存在差距。为了保证CDIO模式在嵌入式系统教学中顺利有效实施，东华理工大学机电学院主要采取如下三大措施来建设具有工程项目研发能力的“双师型”教学团队。

（1）深化校企合作，引入企业兼职导师。为了保证课程内与市场行业工程项目需求紧密结合，院里与电子36所、杭州三维通信有限公司、江苏盛泰信通科技有限公司、江西联创电子有限公司等共同建设嵌入式系统实习基地，并从这些公司聘请了近二十位兼职导师，主要参与课程内容设计、课程结果评价和学生实习毕业论文指导。

（2）加大现有教师再培养，学院先后资助两位教师到深圳信盈达电子有限公司完成嵌入式课程培训，有利于进一步完善教师嵌入式知识结构，引进了市场培训机构嵌入式项目培训经验。

（3）鼓励教师进入企业挂职锻炼，积累实际工程经验，通过多渠道来提升教师工程实践能力。

2.教学内容体系设计

嵌入式系统设计课程教学内容改革核心思想是以行业需求为导向、以真实项目为载体，围绕理论实践一体化CDIO教育理念，设计了以下三个模块：嵌入式项目案例库、课程内容设计和课程教学方法模块，如图2所示，旨在培养具有较强的工程实践综合能力嵌入式领域专业人才。

（1）嵌入式项目案例库建设，从合作企业、教师科研项目和平时的科技创新竞赛活动中筛选出一些有代表性的项目样板加入嵌入式项目案例库，这样做有两个优点，一方面可以为教学提供素材，另一方面可以让学生有一些可模仿对象，在设计嵌入式产品的时候可以借鉴这些样板。到目前为止我们积累了无线点菜机、MP3播放器、数据相框、远程视频监控等数十个案例。

（2）嵌入式课程是一门多学科交叉的综合性课程，涉及到数/模电、微机原理、程序设计和操作系统等多学科知识，采用CDIO项目化教学可以将零散知识以项目实现为主线连贯起来。如选用点菜机项目作为教学案例，可将该系统分为若干子模块：最小系统模块、输入模块、无线通信模块、输出显示模块等，将硬件设计、软件设计和项目管理等相关教学知识点融入到各模块实现的过程中。

（3）本课程采用课前自主式、课中巩固式和课后提升式教学策略。教师根据所选教学项目案例分解教学知识点，为单个知识点录制微课视频和准备实验样例及参考资料，并布置学习任务，由学生课前自主式完成课前任务并给出反馈信息；课中教师主要对重点及难点知识进行梳理并根据学生课前学习的问题组织讨论，对知识点进行巩固；课后由学生根据所学知识点实现并扩展课程项目相关模块功能。

3.教学项目实施过程设计

基于CDIO进行教学改革的最大特点是教学内容以实际工程项目为蓝本，以市场行业需求为导向，以培养学生综合素质为目标。在整个教学项目实施过程中，学生以团队内协作、团队间协作加竞争的方式进行自主探究式学习，教师主要起指导作用，由学生完成一次构思―设计―实施―运行的全过程[8]，教师在每个阶段给予反馈和评价来促使学生在整个过程中持续改进。要求学生以文档形式来对各阶段工作进行总结，以提高学生文档撰写和知识归纳总结能力。

4.多元化评价体系

针对传统单一评价模式的弊端，我们采用“过程”和“结果”两方面相结合的多元化学习评价机制。在教学项目实施的整个过程中，采用持续性评价体系来对学生进行考核，在项目实施的每个阶段教师根据学生对团队及项目的贡献、课前子任务的完成情况、文档撰写质量、项目创新性、面对面答辩和课堂表现等做出综合评价得分。教师对学习过程的评价，需要考虑学生的学习能力和学习成效等多方面的因素，激励和引导学习者提高学习兴趣[9]。学生在本课程结束后将在企业进行为期一年的实习，根据用人单位的反馈信息和学生问卷调查来完成对本门课程效果评价，最后根据评价情况不断改进教学内容和教学方法，使整个教学过程形成一个良性的闭环系统。

五、结语

在“卓越计划”的框架指导下，借鉴成熟的CDIO工程教育理念，通过引入校企深度联合培养机制，采用多元化考核机制，构建一种基于“卓越计划”和CDIO 的嵌入式系统设计课程教学模式。弥补了原课程体系中工程实践能力培养的不足，让学生充分参与到项目构思、设计、实施、运作全过程，大大激发学生对嵌入式系统工程设计的兴趣，加强了团队协作能力、人际沟通能力以及系统构建等综合能力的培养。本课程经过近2年的实施也产生了一些优秀的成果，其中包括在全国电子设计赛及江西省电子类相关竞赛中获奖20余次，提交专利申请两项，学生发表期刊论文两篇，这些成果有力的证实了我专业基于CDIO 的嵌入式系统课程教学改革是卓有成效的。

今后，我们将进一步加强信息化教学系统构建，教学视频及课件的设计与制作，教学项目案例的选取及教学内容优化，按照行业需求和企业要求制定切实可行的与其他专业课有机联系和相互渗透的嵌入式教学体系，通过改革和探索，以期进一步提高嵌入式系统设计课程的教学水平，培养出社会真正需要的合格工程类人才。

参考文献：

[1] 李志义. 高等工程教育改革实践思与行[J] . 高等工程教育研究， 2008（2）：44-47.

[2] 查建中. 面向经济全球化的工程教育改革战略[J]. 高等工程教育研究， 2008（1） .

[3] 教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z]. 教高[2011]1号文.

[4] 顾佩华， 沈民奋， 李升平， et al. 从CDIO到EIP-CDIO―汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J]. 高等工程教育研究，2008（1）.

[5] 郭玲. “翻转课堂+CDIO”教学应用模式研究[J]. 广州职业教育论坛， 2016， 15（2）：26-31.

[6]吕惠芳. CDIO 工程模式的实施要素分析[J]. 价值工程， 2014（31）：285-287.

[7]林健.胜任卓越工程师培养的工科教师队伍建设[J]. 高等工程教育研究，2012（1）：7-20.

嵌入式课程设计范文第5篇

高职高专的传感器与检测技术课程的教学通常安排在电子、机电等专业，通过研究相关的教材，发现大多数该课程教学内容的基本模式是：传感器原理介绍、传感器计算公式推导、传感器应用介绍几个步骤。有些教材上会多一些项目化教学方法，就会多出一个实训的环节[1]。这些实训环节当中采用了更多的成熟的传感器模块，学生的主要任务就是初步了解这些传感器模块或是前端的传感器敏感元件[2]。显然在这种教学方式下已经无法满足目前物联网已经成为主流技术的人才应用要求，这尤其体现在嵌入式/物联网这个行业，这种情况总结起来有几个主要的原因造成的：

1） 嵌入式与物联网行业的技术发展现状、要求传感器与检测技术课程的教学过程当中将教学重点放在传感器应用技术、传感器敏感元件组成的模块设计、传感器模块采集的数据到计算机之间的传递[3]。因为只有这样，才能将传感器技术作为应用技术直接提供到上位机，使得其能够作为物联网信息空间中的前端信息采集部分而使用。

2） 物联网的信息空间中的基本节点为计算元节点[4]，该节点作为信息空间中的终端节点构成了物联网前端网络组成的基础设施。需要看到的是异构型网络中的绝大多数计算元节点将是带有传感器的简单型网络，其基本通讯方式很多为传统的RS232、RS485通讯，因此传感器与检测技术课程教学当中已经不仅仅是单独的传感器部分，仍然需要引入通讯部分的介绍。

3） 目前的传感器与检测技术课程当中的开设专业对课程教学内容安排的影响很大。在机电类专业传感器课程当中，强调了对被测量的检测为目的的应用型传感器实践知识，这仅能体现在教材的改革上，尚无法体现在实际教学改革当中。在电子类专业传感器课程当中侧重于传感器原理、基本结构等内容的教学过程[5]。这种方式对于本科阶段学生而言是非常合适的，但是高等专科院校的学生难以接受理论为主的教学方式，况且这种教学方式对于以高职高专学生为培养对象的、获取技能为首要目标的教学任务没有起到推进作用。

4） 物联网行业的高速发展对传统行业造成了巨大冲击，原来的独立传感器功能已经无法满足物联网行业的需求，这种孤立点由于不具备通讯能力，故此无法作为信息采集前端加入到物联网的传感网络当中[6]。因此，在传感器与检测技术教学过程当中，从教材改革到课程改革都要求加入通讯部分与计算机部分的内容，作为其为物联网前端信息传感网络的能力而扩充。

5） 在高职高专计算机的嵌入式系统工程专业与物联网应用技术专业的传感器与检测技术课程的教学当中，传统的教学模式与教学方法都难以应用。隶属于电子工程专业的传感器与检测技术课程教学内容深度较大、技术孤立性强应用困难；而机电类专业的传感器与检测技术强调了独立传感器模块的应用，面向被测量的教学方式对于在计算机专业而言如果也采用类似做法，显然对于计算机专业的高职高专学生无法接受。

6） 在目前的课程实践教学当中，实际教学用具相当缺乏，很多技术较为先进的学校采用了软件仿真的方式进行传感器课程的教学工作。但是传感器模块是孤立的模块，最终需要一个相对比较大的硬件系统，作为对该课程中每个独立模块进行支持的载体[7]。

综上所述，在现在的高职高专计算机专业的传感器与检测技术课程开设过程当中，选择偏向计算机方向的教学方式与手段就是必要的。其中尤其是配套实验电路的设计与实现也成了一个需要重点关注的问题。针对此问题，本文就设计与实现了一套针对计算机方向的嵌入式与物联网专业的教学实验电路。

1总体架构设计

考虑到专科院校目前学生的总体层次，如果考虑了过于复杂的内容将会导致学生无所适从，如果太过简单学生又无法获取实际知识。这里需要考虑的两个典型的问题：第一个问题就是不能过于理论，但是也不能完全没有理论支持；第二个问题是实践不能过于复杂，但是又要兼顾到一定的实用性。综合这些因素，我们大致对实践电路系统的设计规划为：将传感器模块、自动控制技术、简单计算机通讯技术联合起来，设计与实现一个相对实用、相对简单的计算机干预测控系统。同时，考虑到该系统应当具有一定的实际应用功能，则我们设计了一个计算机干预室温自控系统，其大致的架构设计如下图示：

图1示意了一个室内恒温自动控制系统，照明系统当监控到室内有人的时候开启，当离开的时候关闭。室内恒温系统则利用温度传感器控制温度发生装置将温度恒定在一定范围之内。并且该系统的全部情况可以向计算机反馈，包含温度、是否有人、是否开启温度系统、是否开启照明系统等功能，计算机也可以实时通过远程调整温度范围的设定值。该系统的基本功能描述为：计算机能够随时干预该系统的开启工作状态、停止系统的工作状态、在系统的运行过程当中对系统的某些参数进行调节。

2模块设计与实现

依据总体架构的设计，下面逐个实现上述系统中的硬件部分。

1） 光电传感器模块

光电传感器模块的原理图设计如下图示：

这里这个模块的设计事实上并无必要，但是可以作为学生初步入门掌握的第一个模块，尤其是掌握DXP软件电路设计，并初步进行焊接与调试工作。

2） 继电器模块

继电器模块的原理图设计如下图示：

3） 温度传感器模块

温度传感器模块的原理图设计如图4示：

4） 通讯模块

通讯模块的原理图设计如下图示：

3算法设计

在考虑算法设计的时候，首先考虑前面提到的进程之间的通讯与互斥的问题。这里通讯是指进程之间的通讯，另外一个就是进程互斥的问题。那么这两个进程显然就是互斥的关系。下图就通过系统的应用功能行为来说明这些问题。

在图6中有两部分任务需要完成，左边部分为工作状态需要完成的任务，右边是非工作状态需要完成的任务。基于上述分析，给出参考算法如下：

算法1.1 主流程算法

算法：单片机端主流程

S1：系统初始化

S2：在无限循环中做如下事件

S2.1如果上位机有命令发来

若为启动工作过程命令

{

启动工作过程；

}

否则关闭工作过程；

S2.2如果数据收集完成

{

向上位机系统传递测到的系统状态数据 }

}

另外一个要点就是获取计算机发送过来的命令，参考第九章的方法即可，这里直接给出算法描述：

算法：单片机使用中断接收上位机一串符号的算法

输入：上位机发来的一个字节

输出：合法的字符串

S1：清除发送标志

S2：判断当前字符是否为包头

如果是包头，清缓冲准备从缓冲区起点开始存放数据

S3：如果当前是最后一个字节位置，则判断当前读入的字符是不是包尾

如果是则通知主函数可以读命令了

S4：存放该字节数据到当前缓冲位置

S5：缓冲区存放位置下移一个字节

S6：调节缓冲位置边界

算法1.2 接收计算机接命令与分析算法

3系统验证

硬件系统的设计思想基于模块化设计方法，只需要考虑如何实现图1的设计目标即可。在图1中，只需要明确考虑几个接口部分的连接方式、并采用确定的连接来练好这些接口线路即可，确定需要连接的几个部分如下：

1） 计算机与通讯模块的连接方式。

2） 单片机板与通讯模块的连接方式。

3） 单片机板与继电器模块的连接方式。

4） 单片机板与光电传感器模块的连接方式。

5） 单片机板与温度传感器模块的连接方式。

6） 继电器模块与外部受控的市电电路部分的连接方式。

7）继电器模块与外部受控的温度调节电路部分的连接方式。

下面就这几个方面的连接进行实际连接，并最终在实际线路连接完成之后，采用一定的方式进行简要测试，以确定这些线路连接均无问题。

连接好硬件之后需要对硬件进行测试工作，下面我们就列出这些步骤进行硬件测试工作：

第一步：连接好硬件核心板与硬件模块

第二步：新建一个工程，并编写代码

第三步：编译软件并生成hex文件

第四步：下载hex文件到核心板

第五步：观察模块的基本行为是否正确，若不正确则从第一步开始查找问题，并重复上述步骤。最终的实物硬件连接示意图如图：