嵌入式系统设计与实例开发

课程编号：“嵌入式系统设计”课程教学大纲Embeded System Design Course Outline50学时 3学分一、课程的性质、目的及任务嵌入式系统设计是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程。

随着后PC时代的到来，以高速度、高可靠、低功耗为特征的嵌入式系统的应用日益广泛和深入，嵌入式系统设计在计算机科学与技术专业课程体系中的地位愈发重要。

通过本课程的学习，掌握嵌入式系统的组成和基本原理、ARM体系结构特点、嵌入式系统设计的一般原理及方法、以及嵌入式操作系统的基本原理及应用等。

二、适用专业——计算机科学与技术三、先修课程——计算机组成原理、微型计算机技术、汇编语言、C语言程序设计四、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应能达到下列要求：1.掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；2.掌握ARM7的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法，了解嵌入式操作系统和嵌入式网络技术；3.掌握以S3C44B0系列嵌入式微处理器的硬件资源、指令系统，并以它为核心，能够进行实际系统的设计与分析；4.通过实例学习，重点掌握嵌入式系统的应用开发。

五、课程的教学内容(一)课堂讲授的教学内容0．绪论嵌入式系统开发基础（基本概念、组成结构、硬件组成、操作系统、应用软件开发、嵌入式系统开发流程）1．ARM体系结构及汇编指令集ARM技术概述；ARM处理模式和状态、ARM存储器组织、ARM异常中断；ARM寻址方式；ARM指令集、Thumb 指令集、ARM汇编程序规范、ARM汇编程序特点2．基于ARM的嵌入式系统程序设计基础ARM汇编语言程序设计、嵌入式C语言程序设计及技巧、C语言与汇编语言混合编程、基于ARM的软件开发环境3．基于ARM核微处理器S3C44B0X的扩展接口技术S3C44B0X微处理器及其硬件开发平台、基于S3C44B0X的嵌入式系统体系结构；存储器扩展接口、UART异步串行接口、USB设备接口、通用I/O口应用、A/D和D/A接口应用。

嵌入式单片机开发设计实例
以下是一些嵌入式单片机开发的设计实例：
1. 温度测量系统：使用单片机与温度传感器连接，实时读取环境温度并显示在液晶屏上。

可以通过按键切换温度单位（摄氏度或华氏度），并设置温度报警阈值，当温度超过阈值时触发蜂鸣器报警。

2. 智能家居系统：将单片机与各种传感器（如光照、湿度、烟雾等）和执行器（如灯泡、窗帘）连接，实现自动化控制。

可以通过手机APP或遥控器远程操控家居设备，也可以设置定时任务，如定时开关灯、定时浇水等。

3. 电子秤：使用单片机控制称重传感器，实时测量物品的重量，并显示在液晶屏上。

可以设置称重范围和精度，当超过范围或精度不足时触发蜂鸣器报警。

4. 智能车辆控制系统：将单片机与各种传感器（如光电传感器、红外线传感器、超声波传感器等）和执行器（如电机、舵机）连接，实现对车辆的控制。

可以通过遥控器或手势识别等方式控制车辆的前进、后退、转向等操作。

5. RFID门禁系统：使用单片机与RFID读写器连接，实现对门禁的管理。

当合法的RFID卡片靠近读写器时，门自动打开，同时记录进出时间和人员信息。

可以通过管理软件对人员的出入进行管理和统计。

这些设计实例只是嵌入式单片机开发的一小部分，实际应用非常广泛，可以根据需求进行扩展和定制。

比较简单的嵌入式项目实例在这个嵌入式时代，各种电子设备的出现使得人们的生活变得更加丰富多彩。

而在这些设备背后，隐藏着数不尽的嵌入式项目。

嵌入式项目是指将电子设备内部的控制程序与硬件设备相结合的一种技术。

这种技术的最大特点就是实现了设备的小型化和高效化。

下面我将给大家展示一些比较简单的嵌入式项目实例。

1. 以太网控制LED灯该项目利用Arduino控制以太网通信制作了一个可以通过互联网远程控制LED灯的小型网络设备。

在Web端发送命令后，LED灯会被打开或关闭。

这个项目的实现过程非常简单，只需要一个Arduino板，一个以太网模块和连接器即可。

此外用户还需要编写相应的代码。

2. 遥控小车该项目是基于STM32F1+H-Bridge驱动芯片设计的。

该小车配有红外传感器，可以通过遥控器控制驱动电机前进、后退、左转、右转等操作，还可以配合LCD显示器显示各种状态信息。

这个小车由于体积较小，因此可以被广泛应用在各种追求高精度、中短距离控制的地方。

3. 物联网环境监测系统该项目利用Arduino开发板和传感器构建了一个物联网环境监测系统，可以利用传感器测量温度、湿度、气压和二氧化碳等的数值，再搭配WiFi模块将数据传送至服务器。

用户在Web端可以轻松获取数据并生成图表，还可以进行数据分析和处理。

这个项目在农业、食品加工等领域中具有广泛应用的前景。

4. 茶叶智能包装系统该项目依托于STM32F10X的微控制器，并采用压电传感器实时监测茶叶包装袋的密封情况。

一旦出现裂口、破裂等问题，系统会自动停止运转，并通过语音提示警告。

该智能包装系统不仅提升了茶叶包装的工作效率和智能化程度，同时还保障了茶叶的品质和安全。

总体来说，这些项目虽然有不同的方向和用途，但都体现出了嵌入式系统的核心价值：小型化、高效化、自动化和智能化。

我想这也是嵌入式系统在未来能够拥有更广泛应用的重要原因。

嵌入式项目开发实例
嵌入式项目开发实例有很多，这里仅列举几个常见的实例：
1. 智能家居控制系统
智能家居控制系统使用嵌入式技术，通过无线通信技术，实现家庭环境的远程控制。

该系统可以包括家庭电器的控制、安防监控、照明调节、自动化窗帘、智能音响等多种功能。

嵌入式技术可以实现对各种传感器和执行器的控制，同时通过云计算技术、大数据分析，实现更智能化、更人性化的智能家居控制。

2. 智能交通信号灯控制系统
智能交通信号灯控制系统利用嵌入式技术，实现对交通信号灯的自动控制，可以根据交通流量和道路情况，自动调整信号灯的时序，提高道路通行的效率，减少交通拥堵和事故。

3. 医疗设备嵌入式系统
医疗设备嵌入式系统可以实现对医疗设备的监控、控制和数据处理，包括血糖检测仪、心电监测仪、呼吸治疗设备等。

该系统具有高度的安全性要求，需要满足各种医疗法律法规的要求。

4. 工业自动化控制系统
工业自动化控制系统使用嵌入式技术，可以实现对工业生产现场的控制和监测，包括机械运行、传感器控制、自动化控制等方面。

该系统需要具有高可靠性、稳定性和安全性。

5. 智能穿戴设备
智能穿戴设备使用嵌入式技术，可以实现对用户的身体状况的监测和分析，包括健康状况、运动量、睡眠质量等方面。

该系统可以通过无线通信技术，将数据传输到云端进行分析和处理，为用户提供更好的健康服务。

嵌入式课程设计实例一、课程目标知识目标：1. 让学生理解嵌入式系统的基本概念、组成原理及在各行各业中的应用。

2. 使学生掌握嵌入式系统设计的基本流程、方法和技术。

3. 帮助学生了解我国嵌入式技术的发展现状及未来趋势。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行嵌入式系统设计和编程的能力。

2. 提高学生分析问题、解决问题的能力，培养创新意识和团队协作精神。

3. 使学生能够熟练使用嵌入式开发工具和软件，进行基本的系统调试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对嵌入式技术的兴趣和热情，激发学生主动学习的动力。

2. 引导学生树立正确的科技观，认识到科技对社会发展的推动作用。

3. 培养学生的职业素养，使学生具备良好的团队协作精神和责任感。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论联系实际，以项目驱动的方式进行教学。

学生特点：学生为初中年级，具备一定的计算机基础，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。

教学要求：结合学生特点和课程性质，课程目标需具体、明确，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。

将目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估和调整。

二、教学内容1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统的定义、特点与应用领域- 嵌入式系统的组成与分类2. 嵌入式系统硬件基础- 微控制器原理与结构- 常用传感器与执行器- 嵌入式系统接口技术3. 嵌入式系统软件设计- 嵌入式编程语言（如C语言）- 系统软件架构与设计方法- 嵌入式操作系统原理与应用4. 嵌入式系统开发流程与工具- 开发流程：需求分析、硬件选型、软件开发、系统测试- 常用开发工具与平台5. 嵌入式系统项目实践- 项目案例分析与设计- 硬件电路设计与调试- 软件编程与系统优化6. 嵌入式技术发展趋势与前景- 我国嵌入式技术发展现状- 嵌入式技术在物联网、智能制造等领域的应用前景教学内容安排与进度：第一周：嵌入式系统概述第二周：嵌入式系统硬件基础第三周：嵌入式系统软件设计第四周：嵌入式系统开发流程与工具第五周：嵌入式系统项目实践（一）第六周：嵌入式系统项目实践（二）第七周：嵌入式技术发展趋势与前景教学内容与课本关联性：本教学内容紧密结合课本，按照课程目标进行科学、系统地组织，确保学生能够掌握嵌入式系统的基础知识、开发技能及行业动态。

嵌入式ARM系统原理与实例开发教学设计一、简介随着人工智能、物联网、智能家居等新兴技术的不断发展，嵌入式系统在各个领域中的应用越来越广泛。

而嵌入式系统中的ARM架构是其中的重要组成部分，是很多嵌入式系统中的首选处理器架构。

为了适应这种发展趋势，本文提出了嵌入式ARM系统原理与实例开发教学设计，旨在帮助学生了解嵌入式ARM系统相关的原理知识，掌握ARM处理器的基本编程方法，提高学生的实际操作能力。

二、教学目标本教学设计旨在帮助学生达成如下目标：1.了解嵌入式ARM系统的基本原理和组成模块。

2.掌握ARM处理器的基本原理和编程方法。

3.学会使用Keil MDK开发环境，进行ARM程序的编译、调试和下载。

4.熟悉ARM系统中常见的外部设备接口，如GPIO、USART、ADC等。

5.掌握ARM系统与外设的通信方式，如SPI、I2C等。

三、教学内容1. 嵌入式ARM系统的基本原理和组成模块1.ARM架构概述2.ARM处理器内部结构3.嵌入式系统中的硬件平台4.嵌入式系统中的软件平台5.ARM架构的优缺点2. ARM处理器的基本原理和编程方法1.ARM指令集概述2.ARM汇编语言程序设计3.ARM C语言程序设计4.ARM系统中的中断机制5.ARM系统中的系统定时器3. Keil MDK开发环境的使用1.Keil MDK软件的安装和配置2.Keil MDK软件的使用方法3.ARM程序的编译和调试4.ARM程序的下载和运行4. ARM系统中常见的外部设备接口1.GPIOART3.ADC4.DAC5.PWM5. ARM系统与外设的通信方式1.SPI2.I2C3.CANB5.Ethernet四、教学方法为了达到教学目标，采用如下教学方法：1.理论讲解：通过PPT和黑板讲解的方式，对嵌入式ARM系统的原理和基本概念进行介绍，让学生了解嵌入式ARM系统的组成结构和基本特点。

2.实验操作：通过实验操作的方式，进行ARM程序开发和测试，让学生掌握ARM程序的基本开发过程和调试技巧。

嵌入式单片机开发设计实例1. 简介嵌入式单片机开发是指在嵌入式系统中使用单片机进行开发和设计。

嵌入式系统是指集成了计算机处理器、存储器、输入输出接口和各种外设的特定功能系统。

单片机则是一种集成了计算机核心部件的微型计算机系统。

本文将介绍一个嵌入式单片机开发设计实例，包括硬件和软件的设计。

我们将使用一款常用的单片机芯片，结合外围电路和编程，实现一个简单的温度监控系统。

2. 硬件设计2.1 单片机选择在这个实例中，我们选择使用STMicroelectronics公司的STM32系列单片机作为开发板。

这是一款基于ARM Cortex-M内核的单片机，具有强大的计算和通信能力。

2.2 传感器选择为了实现温度监控功能，我们需要选择一个温度传感器。

在这个实例中，我们选择使用DS18B20数字温度传感器。

该传感器具有高精度、数字输出和简单的接口特点。

2.3 外围电路设计在硬件设计中，我们需要将单片机和传感器连接起来，并提供必要的电源和信号处理电路。

首先，我们将DS18B20传感器的数据引脚连接到单片机的GPIO引脚。

同时，我们需要为传感器提供合适的电源电压和接地。

其次，我们需要为单片机提供稳定的电源电压。

这可以通过连接一个适当的电源模块来实现。

最后，我们可以添加一些辅助电路，如电源滤波电容和电源指示灯，以提高系统的稳定性和可靠性。

3. 软件设计3.1 开发环境搭建在软件设计中，我们需要搭建一个合适的开发环境来编写和调试嵌入式软件。

对于本实例，我们选择使用Keil MDK开发环境。

首先，我们需要下载并安装Keil MDK软件。

然后，我们可以创建一个新的工程，并选择适当的单片机型号。

3.2 程序编写在软件设计中，我们需要编写一个程序来读取传感器的温度值，并将其显示在单片机的LCD屏幕上。

首先，我们需要初始化单片机的GPIO引脚和LCD屏幕。

然后，我们可以编写一个循环来读取传感器的温度值。

在循环中，我们首先发送一个读取温度的命令给传感器。

嵌入式linux小项目实例嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，用于控制和管理设备的各种功能。

嵌入式Linux是一种常用的嵌入式系统操作系统，它具有开源、稳定、灵活等特点，被广泛应用于各种嵌入式设备中。

在本文中，我将介绍一个嵌入式Linux小项目的实例，以帮助读者更好地理解和应用嵌入式Linux。

这个项目是一个智能家居控制系统，它可以通过手机APP远程控制家中的各种设备，如灯光、空调、窗帘等。

该系统基于嵌入式Linux开发，使用了一块嵌入式开发板和一些外围设备。

首先，我们需要选择一块适合的嵌入式开发板。

在这个项目中，我们选择了一块基于ARM架构的开发板，它具有强大的计算能力和丰富的外设接口，非常适合用于嵌入式Linux开发。

接下来，我们需要安装和配置嵌入式Linux系统。

我们可以选择一个已经编译好的嵌入式Linux发行版，如Buildroot或Yocto Project，也可以自己从源代码编译一个定制的嵌入式Linux系统。

在这个项目中，我们选择了Buildroot，因为它简单易用，适合初学者。

安装和配置嵌入式Linux系统需要一些基本的Linux知识，如交叉编译、内核配置、文件系统配置等。

在这个项目中，我们需要配置网络、蓝牙和GPIO等功能，以便实现远程控制。

完成系统的安装和配置后，我们需要编写应用程序来实现智能家居控制功能。

在这个项目中，我们使用了C语言和Shell脚本来编写应用程序。

C语言用于编写底层驱动程序和控制逻辑，Shell脚本用于实现一些简单的控制命令和脚本。

在应用程序中，我们使用了一些开源库和工具，如libcurl、BlueZ和GPIO库等。

这些库和工具可以帮助我们更方便地实现网络通信、蓝牙控制和GPIO控制等功能。

最后，我们需要将应用程序和相关的配置文件打包成一个固件，然后烧录到嵌入式开发板中。

烧录固件可以使用一些专门的工具，如dd命令或烧录工具。

完成烧录后，我们可以通过手机APP来远程控制智能家居系统。