课程大纲

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单片机和嵌入式系统

课程编码:B1012001Y 英文名称:Micro-controller and Embedded System 课时:40 学分:2.00 课程属性:专业课 主讲教师:秦飞

中文介绍

英文介绍

教学目的要求
本课程为电子信息工程专业本科生的专业选修课。本课程介绍嵌入式系统设计的理论和实践方法。在介绍单片机与嵌入式系统基础架构和常用组件特性的基础上,研究嵌入式系统软硬件与物理过程协作的动态融和方法,构建以模型为基础的嵌入式系统设计与开发方法。通过本课程学习,学生应能熟悉嵌入式系统设计与开发的基本概念与方法,初步掌握以建模和算法实现为核心的嵌入式系统设计与开发模式,并能结合不同科研方向加以灵活应用。

预修课程
信号与系统、C语言、电路原理

主要内容
  • 第一章绪论(2学时)

        1.嵌入式系统的定义和实例;(0.5学时)

        2.基于模型的嵌入式系统设计方法;(0.5学时)

    3.嵌入式系统与物理过程的交互关系;(0.5学时)

    4.嵌入式系统的建模、设计、和实现的主要环节。(0.5学时)

    第二章单片机与嵌入式系统架构(24学时)

        1.计算单元(4学时)

    2.存储单元(4学时)

    3.通用输入输出接口(4学时)

    4.中断(2学时)

    5.时钟与定时器(2学时)

    6.模数转换(4学时)

    7.通信接口(4学时)

     

    本章学习要求: 1理解嵌入式系统核心的典型处理器;包括微控制器、数字信号处理器、嵌入式处理器、图形处理器、可编程逻辑阵列等。2理解常见存储器类型,嵌入式系统内的层次化存储结构,程序系统的存储器地址空间映射和常见存储模型。3掌握嵌入式系统常见的输入输出接口,数字化过程及其影响。4了解嵌入式系统常见的传感器与执行器。

     

    第三章 动态行为建模(10学时)

        1.连续动态系统建模(4学时)

    2.离散动态系统建模(4学时)

    3.状态机的组合与计算模型(2学时)

     

    本章学习要求: 1掌握连续物理系统的动态建模技术,并给出其特性分析方法。2掌握基于状态机的离散动态系统建模,连续/离散系统的混合建模。3了解复杂系统的状态机组合方法及其计算模型下映射。

     

    第四章 嵌入式操作系统(2学时)

        1.多任务处理(1学时)

    2.调度策略(0.5学时)

    3.常用嵌入式操作系统(0.5学时)

     

    本章学习要求: 1理解顺序程序,多线程,进程,和消息传递等并发计算模型的核心机制的原理和实现。2掌握为满足实时性约束的不同线程调度策略原理及其实现。3了解常用的嵌入式操作系统,包括ucos,嵌入式linux,VxWorks等。

课时分配

章节/学时分配

讲课

习题课

实验课

上机课

讨论课

其它

第一章绪论(2学时)

2

 

 

 

 

 

第二章单片机与嵌入式系统架构(1)(4学时)

4

 

 

 

 

 

第二章单片机与嵌入式系统架构(2)(4学时)

2

 

2

     

第二章单片机与嵌入式系统架构(3)(4学时)

2

 

2

     

第二章单片机与嵌入式系统架构(4)(2学时)

2  

 

 

 

 

 

第二章单片机与嵌入式系统架构(5)(2学时)

2

 

 

 

 

 

第二章单片机与嵌入式系统架构(6)(4学时)

2

 

2

 

 

 

第二章单片机与嵌入式系统架构(7)(4学时)

2

 

2

 

 

 

第三章动态行为建模(1)(4学时)

2

 

2

 

 

 

第三章动态行为建模(2)(4学时)

2

 

2

     

第四章嵌入式操作系统(2学时)

2

 

 

 

 

 

考试

2

 

 

 

 

 

 

课程思政
从电子工程专业的角度入手,从嵌入式系统及专业前沿研究进展结合我国在该领域的历史地位和贡献及现状,讲解课程内容,将爱国主义教育潜移默化植入专业领域,让学生不仅增长知识见识,还坚定理想信念、增强爱国主义情怀。例如讲解计算单元的时候,提出于敏老师从计算结果误差定位计算机加法器故障的案例,增强学生的民族自豪感,激励学生奋发前行,统计最近的嵌入式系统发展中的中国的科研成果,展示科学家的贡献,进一步增强学生的自信心。具体讲解内容时,结合自身在科研一线的优势,引导学生认知到实践是检验科学的最佳手段,使学生在提高科学素养的同时获得科学方法论的提升。

教材
[1]Edward Ashford Lee, Sanjit Seshia嵌入式系统导论-CPS方法, 机械工业出版社,2012.

参考文献
[1]Shibu Vallathai,嵌入式系统设计与开发实践(第二版),清华大学出版社,2017.
[2]Raj Kamal, 嵌入式系统-体系结构、编程与设计 (第三版), 清华大学出版社,2017.
[3]Randal E. Bryant, 深入理解计算机系统(第三版),机械工业出版社,2016.
[4]Jean J.Labrosse, 嵌入式实时操作系统μC/OS-3 ,北京航空航天大学出版社,2012.

课程教师信息
秦飞,现任中国科学院大学,电子电气与通信工程学院副教授。于2012年获得英国伦敦大学学院(UCL)博士学位,2006年获得北京理工大学硕士学位,2004年获得华中科技大学学士学位。在赴英国攻读博士学位前曾于美国Crossbow科技公司北京代表处服务。目前的主要研究方向为无线网络系统。

其它说明