劉光偉

摘 ?要：伴隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)人才質(zhì)量需求的變化，我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)也開(kāi)始面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的改革形勢(shì)。在當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革工作當(dāng)中，嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是最受關(guān)注的話題之一，如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有效提高嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量也是最重要的任務(wù)之一。STM32的引入為嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提供了一個(gè)全新的發(fā)展機(jī)遇，該文將就STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐進(jìn)行深入的分析與探究。

關(guān)鍵詞：嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué) ?STM32 ?改革與實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（b）-0159-02

1 ?我國(guó)高校嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

目前我國(guó)高校嵌入式實(shí)踐教學(xué)中所開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括串口實(shí)驗(yàn)、GPIO輸入輸出實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、中斷實(shí)驗(yàn)、SPI接口實(shí)驗(yàn)、I2C接口實(shí)驗(yàn)以及CAN控制器實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：一是寄存器開(kāi)發(fā);二是庫(kù)函數(shù)開(kāi)發(fā)。這兩種方式都有著自身的優(yōu)勢(shì)和弊端，寄存器開(kāi)發(fā)直接針對(duì)的便是寄存器的某些位進(jìn)行置1或者清0操作，所以它能夠非常清楚地看到驅(qū)動(dòng)代碼使用的是哪種寄存器，而且寄存器開(kāi)發(fā)是沒(méi)有庫(kù)函數(shù)層的，這就大大降低了代碼為分層面消耗的資源，有效提高了實(shí)際運(yùn)行效率。

2 ?高校嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)分析

2.1 技術(shù)更新快

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)更新速度非常之快，從最開(kāi)始的微處理器到微控制器再到片上系統(tǒng)，其嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，運(yùn)行效率變得越來(lái)越高，應(yīng)用范圍也隨之越來(lái)越廣。對(duì)于學(xué)生而言，其在大學(xué)期間學(xué)習(xí)到的嵌入式系統(tǒng)可能并不完整，但是卻能夠?yàn)槠浜罄m(xù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)踐性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍非常廣泛，去面向的用戶(hù)、產(chǎn)品以及領(lǐng)域是非常豐富和多元化的，因此，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)必須要和具體應(yīng)用結(jié)合在一起才能夠體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。大學(xué)生要想學(xué)好嵌入式系統(tǒng)技術(shù)決不能單純只依靠課本學(xué)習(xí)，更要經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐操作才可以完成。學(xué)生只有真正參與到嵌入式實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)當(dāng)中，才能夠逐漸發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，并尋找到有效的解決方式?？茖W(xué)合理的嵌入式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，在幫助學(xué)生真正了解和應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)方面發(fā)揮著非常重要的作用。

2.3 綜合性強(qiáng)

根據(jù)筆者的調(diào)查和研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前高校在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方面開(kāi)設(shè)了越來(lái)越多的基礎(chǔ)課程，其主要包括電工與電路基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)原理、微機(jī)接口技術(shù)等。之所以要設(shè)置這些課程，讓學(xué)生能夠接觸和學(xué)習(xí)到更多關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，主要原因就是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)有著非常強(qiáng)的綜合性，學(xué)生不僅僅要了解清楚嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以及各種接口的功能，也需要掌握利用固件庫(kù)編寫(xiě)控制程序的方式方法。

3 ?當(dāng)前STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革思路

在之前嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，其教學(xué)思路是：建立文件夾預(yù)存相關(guān)保準(zhǔn)庫(kù)文件—利用Keil新建工程—加載相應(yīng)庫(kù)文件到新建工程中去—編寫(xiě)時(shí)鐘和相關(guān)硬件配合程序—編寫(xiě)用戶(hù)程序。

改革之后的STM32嵌入式教學(xué)思路：利用STM32圖形化配置引腳、時(shí)鐘、外設(shè)接口—生成共Keil使用的初始化工程—編寫(xiě)用戶(hù)程序。

從前后兩種教學(xué)思路的對(duì)比中，便可以了解到STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程開(kāi)發(fā)模式更為簡(jiǎn)潔，而且效率也更高一些。

4 ?STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的搭建

在進(jìn)行STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革之前，高校嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基本上都需要在實(shí)驗(yàn)室這樣的特定場(chǎng)所來(lái)進(jìn)行，但是高校的實(shí)驗(yàn)室一般都不會(huì)對(duì)外開(kāi)放，學(xué)生也必須要按照實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放時(shí)間和課程安排才有機(jī)會(huì)進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這就使得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)受到時(shí)空局限性非常強(qiáng)，如果在該次實(shí)驗(yàn)中遇到難題未能及時(shí)解決，那么學(xué)生們就只能等到下一次實(shí)驗(yàn)課才可以繼續(xù)進(jìn)行探究，尋找答案，這對(duì)于學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和探究意識(shí)的培養(yǎng)有著非常負(fù)面的影響，下一次實(shí)驗(yàn)學(xué)生很可能就已經(jīng)忘記了原來(lái)遇到的問(wèn)題或者已經(jīng)喪失了對(duì)問(wèn)題的探究興趣。

STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)則有效解決了傳統(tǒng)嵌入式實(shí)驗(yàn)中存在的這一弊端，STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)由PC機(jī)、開(kāi)發(fā)板和仿真器幾大部分組成。作為核心元素的開(kāi)發(fā)板價(jià)格相對(duì)便宜很多，而且攜帶也非常方便，教師完全可以在實(shí)驗(yàn)課之前給每一位學(xué)生都發(fā)一塊，學(xué)生們也因此可以在課下或者業(yè)余時(shí)間來(lái)繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)，等到規(guī)定時(shí)間后再將開(kāi)發(fā)板收上來(lái)即可。

5 ? STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置

5.1 明確教學(xué)目標(biāo)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)以STM32為核心，主要介紹嵌入式系統(tǒng)相關(guān)理論知識(shí)、ARM體系結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)內(nèi)容。STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)確定為以下幾點(diǎn)：第一，要求學(xué)生掌握清楚嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)ARM體系結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)方法;第二，學(xué)習(xí)STM32的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、掌握利用嵌入式C語(yǔ)言設(shè)計(jì)STM32程序的方法;第三，學(xué)習(xí)ARMKeil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用方法，熟練使用STM32開(kāi)發(fā)板;第四，學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，掌握STM32最小系統(tǒng)硬件和外圍擴(kuò)展單元設(shè)計(jì)，并能夠綜合運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。

5.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

要想實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)，就必須要盡可能多地讓學(xué)生接觸和參與更多類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。當(dāng)前高校在STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要設(shè)計(jì)了以下幾種具有代表性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

第一，基礎(chǔ)類(lèi)實(shí)驗(yàn)。

基礎(chǔ)類(lèi)實(shí)驗(yàn)主要建立在基于固件庫(kù)的工程模板之上，學(xué)生需要在自己的電腦上面安裝開(kāi)發(fā)軟件，然后建立STM32工程，并添加庫(kù)函數(shù)，編寫(xiě)源代碼，創(chuàng)建好目標(biāo)文件。其中關(guān)于GPIO端口直接輸入和輸出實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅要掌握GPIO工作方式的配置辦法，了解GPIO函數(shù)的功能，還要掌握按鍵控制LED以不同的方式進(jìn)行點(diǎn)亮的辦法。

第二，設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)類(lèi)試驗(yàn)主要是外部中斷應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要掌握外部中斷的工作方式、能夠編寫(xiě)出中斷初始化程序與中斷服務(wù)程序。其中，在定時(shí)器應(yīng)用試驗(yàn)當(dāng)中，學(xué)生需要全面掌握定時(shí)器的工作方式、定時(shí)時(shí)間常數(shù)的配置以及編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)時(shí)暫停、秒計(jì)時(shí)以及清零等功能。在A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中，A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生掌握A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，掌握ADC初始化配置、數(shù)據(jù)采集等程序設(shè)計(jì)技術(shù)，此外還要能夠做到將模擬電壓值顯示在數(shù)碼管上面，通過(guò)串口上傳到PC機(jī)上面。

第三，創(chuàng)新類(lèi)實(shí)驗(yàn)。

創(chuàng)新類(lèi)實(shí)驗(yàn)是基于nRF24L01模塊的近距無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)的，在創(chuàng)新類(lèi)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，學(xué)生需要對(duì)近距無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸原理、24L01程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)以及24L01工作原理等有著清楚的了解，而且這類(lèi)實(shí)驗(yàn)在具體操作中一般都是由兩個(gè)人組成一個(gè)小組，分別負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)，并且要在顯示器上面顯示出來(lái)。

6 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，嵌入式技術(shù)教學(xué)改革是社會(huì)向前發(fā)展的必然要求，STM32嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要建立起一個(gè)更加完善的實(shí)踐教學(xué)體系來(lái)保障其順利施行。高校必須要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)嵌入式技術(shù)教學(xué)改革工作的重視力度，重點(diǎn)培養(yǎng)和提升學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。

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