 微控制器原理课程教学大纲 课程代码：INTE2001 课程类别：专业必修课程 授课对象：物联网工程专业 开课学期：3上 学 分：3.5学分（3+1） 主讲教师：王宜怀、王林、曹国平、刘晓升、曹金华等 指定教材：王宜怀等，嵌入式技术基础与实践（第5版）—基于ARM Cortex-M4F内核的MSP432系列微控制器，清华大学出版社，2017年5月第4版，ISBN978-7-302-46757-1。（普通高等教育“十二五”国家级规划教材，“十三五”江苏省高等学校重点教材）。 一、教学目的嵌入式计算机系统简称为嵌入式系统，在后PC时代，嵌入式系统的广阔应用将是计算机发展的重要特征。本课程教学目的在于以32位ARMCortex-M0+Kinetis L系列微控制器为蓝本，通过“通用知识—芯片编程结构概要—基本编程方法—底层驱动构件封装—应用方法与举例”的线条，使学生逐步掌握嵌入式系统的基本概念、基本原理与设计方法，获得嵌入式系统的基本脉络，打好嵌入式系统软硬设计的基础，逐步学会电子系统智能化嵌入式应用的软件与硬件设计，强化实践训练。二、课程内容第1章 概述【目的和要求】理解嵌入式系统的基本概念和发展脉络是第一课的学习目的。 【重点和难点】重点理解嵌入式产品的一般构成与开发方法。 【教学内容】微控制器与嵌入式系统的含义与发展历史、常用术语、开发方法导引、的特点与学习建议。对微控制器（单片机）的一般组成、嵌入式系统与微控制器的关系的理解有助于认识嵌入式系统。同时，本章作为导引，介绍微控制器与嵌入式系统的基本概念、发展历史；微控制器与嵌入式系统中的一些常用术语；嵌入式产品的一般构成及开发方法；还对如何学习微控制器与嵌入式应用技术提出了一些建议。 第2章 ARM Cortex-M0+处理器【目的和要求】引脚功能、硬件最小系统及的存储器。硬件最小系统是芯片运行的基本条件，应该对此有清晰的理解。 【重点和难点】内核结构、存储器映像及内部寄存器等。 【教学内容】 （1）ARM概述，介绍ARM发展历程，给出目前ARM处理器类型、特点及应用范围； （2）ARM Cortex-M0+处理器概述，包括特点、内核结构、存储器映像及内部寄存器等； （3）ARM Cortex-M0+处理器的指令系统，给出指令简表、寻址方式及指令的分类介绍； （4）ARM Cortex-M0+汇编语言的基本语法。 第3章 存储映像、中断源与硬件最小系统【目的和要求】本章通过介绍Kinetis L 系列MCU与最小硬件系统，结合开发板，对基于AMR Cortex-M0+内核的微控制器有更进一步了解，更快速入门学习嵌入式开发技术。 【重点和难点】存储器映像结构、引脚功能、硬件最小系统电路 【教学内容】 （1）Kinetis 全系列微控制器产品分类及应用领域； （2）KL系列MCU的型号标识、共性及体系结构； （3）KL25微控制器的存储器映像结构、引脚功能、硬件最小系统电路。 第4章 GPIO及程序框架【目的和要求】通过实例完成第一个工程的入门，学会下载程序与调试程序的基本方法，主要目的是理解程序框架和工作过程。 【重点和难点】底层驱动、程序框架和程序的调试方法。 【教学内容】本章是全书的重点和难点之一。主要内容有： （1）通用I/O基本概念及连接方法； （2）KL25的端口控制模块与GPIO模块的编程结构，直接映像寄存器地址赋值的方法，点亮一盏小灯的编程步骤，以便理解底层驱动的含义与编程方法； （3）制作构件的必要性及基本方法，第一个构件化编程框架、GPIO构件、Light构件编程实例。 第5章 构件化开发方法与底层驱动构件封装规范【目的和要求】通过这一章的学习，能够规范设计嵌入式系统的软硬件，提高嵌入式软硬件设计的可重用性和可移植性。 【重点和难点】底层软件构件的编程方法及编程框架。 【教学内容】本章是全书的灵魂，主要内容有： （1）嵌入式构件化必要性，构件化的定义； （2）KL25的硬件构件化设计的规则，及注意要点； （3）基于硬件构件的嵌入式底层软件构件的编程方法及编程框架； （4）软硬件构件的重用和移植的方法； （5）底层驱动构件封装规范，公共要素文件编写技巧。 第6章 串行通信模块及第一个中断程序结构【目的和要求】本章阐述KL25的串行通信模块构件化编程，并且阐述ARM Cortex-M0+的中断编程框架，通过这一章的学习，掌握嵌入式系统中断程序的设计。 【重点和难点】中断的产生，中断处理函数的作用，学会处理其他中断的方法。 【教学内容】。 （1）串口相关的基础知识； （2）KL25串口模块的功能概要； （3）串口模块驱动构件编程时涉及的相关寄存器。 （4）设计并封装了串行通信的驱动构件； （5）KL25中断机制，中断的编程步骤和实例。 第7章 定时器相关模块【目的和要求】理理解定时接口模块的输入捕捉功能、输出比较功能、脉宽调制输出功能并了解其基本原理。掌握定时器的各种不同的使用方法，并学会将这些方法运用到具体的应用中。 【重点和难点】定时器的各种不同的使用方法，脉宽调制输出的编程方法。 【教学内容】对给出具体的例子，要仔细体会各种不同的使用方法，并将这些方法运用到具体的应用中。本章内容有： （1）ARM Cortex-M0+内核时钟； （2）定时器/PWM模块（TPM）； （3）周期性中断定时器（PIT）； （4）低功耗定时器（LPTMR）； （5）实时时钟模块（RTC）。 第8章 GPIO应用—键盘、LED与LCD【目的和要求】对于键盘，主要掌握查询法、定时扫描法与中断法，掌握键值转为定义值的编程方法。对于LED编程，掌握扫描法的基本工作原理、接口方法和编程要点。对于LCD编程，了解LCD驱动程序的编写以及LCD显示的原理。同时，通过对构件封装过程的学习加深对构件思想的理解。 【重点和难点】运用I/O口控制外设的编程方法。 【教学内容】把嵌入式系统中常用的输入/输出设备，键盘、LED数码管和LCD液晶显示，作为GPIO的应用实例来看待，分析它们的工作原理和编程方法。主要内容有： （1）键盘扫描基本原理与编程方法； （2）LED扫描基本原理与编程方法； （3）字符型LCD的基本原理与编程方法； （4）GPIO整合在一起的测试用例。 第9章 Flash在线编程【目的和要求】掌握Flash存储器在线编程的基本概念，熟悉Flash存储器的在线编程擦出和写入的步骤，了解Flash存储器的基本特点及编程模式，理解的Flash存储器编程的基本操作以及汇编语言和C语言的在线编程实例。 【重点和难点】Flash存储器编程的基本操作，Flash编程方法。 【教学内容】主要内容有： （1）KL25芯片Flash存储器的特性； （2）KL25芯片Flash存储器的在线编程方法； （3）KL25芯片Flash 模块驱动构件设计及测试实例； （4）KL25芯片的加密与保护特性。 第10章 ADC、DAC与CMP模块【目的和要求】了解模/数转换（ADC）、数/模转换（DAC）以及比较器（CMP）模块的工作原理和编程方法。 【重点和难点】ADC转换模块的相关寄存器，模块编程方法。 【教学内容】主要内容有： （1）ADC转换的基础知识； （2）KL25模/数转换ADC模块的功能概要； （3）ADC转换模块编程时涉及的相关寄存器； （4）ADC转换模块编程方法，设计并封装了驱动构件； （5）DAC模块编程结构，设计并封装了驱动构件； （6）CMP模块的结构特点、寄存器的定义以及CMP的编程方法和驱动构件的封装。 第11章 SPI、I2C与TSI模块【目的和要求】串行外设接口SPI、集成电路互联总线I2C和触摸感应输入（TSI）模块的工作原理和编程方法。 【重点和难点】SPI的基本原理及编程方法，SPI的全双工通信以及时序。 【教学内容】主要内容有： （1）SPI接口的基本原理及编程模型； （2）I2C接口的基本原理及编程模型； （3）TSI模块的基本知识及一般编程模型。 第12章 USB2.0编程【目的和要求】了解USB通信接口的优点、工作原理和编程方法。 【重点和难点】USB设备上电的枚举过程。 【教学内容】主要内容有： （1）USB协议基本概念、历史和发展，提供了典型的USB主从连接； （2）USB通信协议，USB设备上电的枚举过程； （3）KL25芯片的USB模块的基本特征和硬件连接电路； （4）PC方USB设备驱动程序的选择和基本原理； （5）USB模块基本编程要点和驱动构件设计方法。 第13章 系统时钟与其他功能模块【目的和要求】了解基本功能模块外的其他功能模块。 【重点和难点】看门狗定时器模块。 【教学内容】主要内容有： （1）系统时钟的概述与设置； （2）电源模块； （3）低漏唤醒单元； （4）位带操作； （5）看门狗模块； （6）复位与启动模块。 三、各章课时分配表
三、指定教材  扫码，优惠购书 提供PPT课件，软件，答案，教学大纲，视频等资源。本书以德州仪器（TI）的ARM Cortex-M4F内核的MSP432系列微控制器为蓝本、以知识要素为核心、以构件化为基 础阐述嵌入式技术基础与实践。 作者：王宜怀、许粲昊、曹国平 定价：69.80元 ISBN：9787302518587 配书视频赏析  video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_1037173143082795008 作者的MOOC网站：https://www.icourse163.org/course/SUDA-1001754273 苏州大学教学进度表 第 1 学期 课程名称 《微控制器原理》 总学时54+18 教 材 《嵌入式技术基础与实践（第4版）》 任课教师 王宜怀
苏州大学 微控制器原理 课程试卷 卷 共6页 考试形式 闭 卷 2018年1月 1．一般来说，可以把嵌入式系统分为电子系统智能化（微控制器类）和计算机应用延伸（应用处理器）两大类，请从应用领域、产品形态、学习与开发角度分别阐述之。（8分）2．请解释对CPU内部寄存器的操作与对RAM中的全局变量的操作有何异同点？（8分）3．给出所学芯片的RAM、Flash的地址范围，说明堆栈空间、全局变量、常量、程序分别存放于RAM中还是Flash中。芯片初始化时，SP值应为何值，说明原因。（8分）4．简述核心构件、中间构件和终端构件含义，分别阐述设计核心构件、中间构件和终端构件所需考虑的核心问题。（8分）5．给出UART通信的一般格式图，并给出发送十进制68与125的具体格式图。设波特率为9600，使用NRZ格式的8个数据位、没有校验位、1个停止位，传输12K字节的文件最少需要多少时间?（8分）6．给出ARM Cortex-M0+systick定时器基本工作机制，并给出初始化步骤。（8分）7．阐述扫描一次m*n未编码矩阵键盘的基本算法原理，给出6*5键盘的键值计算方法及扫描一次键盘获得键值的函数KBScan1()设计。（8分）8．简要阐述Flash在线编程的基本含义及用途，给出Flash驱动构件的基本函数及接口参数。（8分）9．阐述SPI的数据传输原理及对SPI时序的总体要求。（8分）10．阐述COP的基本含义、特点、程序处理方法。（8分）11．综合设计题：设一个系统需2路串行通信，需采集2路温度、3路光线亮度、3个开关量；需控制2个开关量，2路PWM输出。请给出硬件框图、软件架构、底层构件列表等基本设计要素。（10分）12．填写下表（每一行1分，共10分）
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