應用型本科電氣專業(yè)嵌入式課程的改革研究

劉金平　葉賽風

摘要：本文結合應用型本科的特征，從電氣工程及其自動化專業(yè)的就業(yè)崗位和能力要求入手，分析目前嵌入式課程教學現(xiàn)狀及改革的必要性，提出嵌入式課程改革的思路和內容設計，通過舉例說明改革成果并總結出課程改革的特色。

關鍵詞：應用型本科；電氣工程及其自動化；嵌入式；改革

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）03-0099-02

一、引言

電力是現(xiàn)代社會生產和生活的基礎，電氣工程及其自動化專業(yè)在當今成為熱門專業(yè)，社會需求量大，就業(yè)前景廣闊。我院與本科院校的電氣工程及自動化專業(yè)進行聯(lián)合辦學，方向為電力系統(tǒng)自動化，以強電為主，強電弱電結合。應用型本科是我國高等教育中的重要組成部分。它具有以下特征：①培養(yǎng)目標是培養(yǎng)適應生產、建設、管理、服務第一線需要的高等技術應用性人才，不是培養(yǎng)普通本科的學科型、學術型、研究型人才。②培養(yǎng)模式以培養(yǎng)技術應用能力為主線，以“應用”為主旨。依據特征，應用型本科各專業(yè)在構建課程和教學內容體系時，必須注重學生實踐能力，其核心環(huán)節(jié)是實踐教學。

二、電氣專業(yè)就業(yè)崗位與能力要求

經過調研可以得知，電氣專業(yè)畢業(yè)生大部分在發(fā)電廠，電網公司的生產一線，從事運行、繼保、調度、電力營銷等相關工作；一部分在電力設備制造企業(yè)從事電工產品設計、制造、產品試驗、銷售服務等工作。隨著電力系統(tǒng)自動化技術與智能控制技術應用的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的監(jiān)控、保護技術發(fā)生了巨大變化，所以絕大部分用人單位要求電氣專業(yè)的畢業(yè)生除了掌握電力工程知識外，還要掌握了解計算機控制技術、通信技術及計算機網絡技術等相關知識。根據電力行業(yè)自動化及數(shù)字化程度越來越高的特點，我院在制定本專業(yè)人才培養(yǎng)方案時，重新進行課程設置，總體要求是既保證電力行業(yè)崗位所必需的強電專業(yè)知識，又加強計算機和自動控制方面內容，特別是嵌入式的知識及應用。

三、嵌入式課程現(xiàn)狀與改革必要性

嵌入式系統(tǒng)進入高校課堂已有一定年限了，但由于教學定位問題，很多學生學習ARM9和Linux的課程時總覺得不知所云，困難重重。教師也解決不好龐大課程內容和有限課時量之間的矛盾。鑒于ARM9偏硬件的弊端，以及ARM Cortex-M3在具備高性能、低功耗和豐富的軟件及工具成為32位MCU的主流，并在市場上的推廣，這給嵌入式的教學改革帶來契機。Cortex-M3的LM3Sxxx系列定位在嵌入式工控領域，學習者只要具備電子技術和C語言方面知識即可學習。編寫程序是許多學生的難點，使用LM3xxx外設驅動庫編程，初學者不但可以不必掌握硬件結構和寄存器組成，而且可以直接調用庫函數(shù)，這就大大減輕了學生編程的壓力。

四、課程改革思路及特色

1.課程改革思路。依據分析，我校電氣專業(yè)的嵌入式課程改革思路是，放棄ARM9+Linux，采用Cortex-M3架構的LM3Sxxx處理器，加上keil MDK，再配上仿真軟件Proteus8作為教學平臺。

應用型本科學生普遍特點是興趣廣泛、思維靈活、不太習慣理論學習和思考、缺乏恒心和耐力、容易產生畏難情緒。采用MDK及Prteus8的仿真環(huán)境，不但實現(xiàn)因材施教，而且能激發(fā)學生學習熱情。

基于Cortex-M3的Lm3Sxxx系列，應用時使用外設驅動編程，即所有寄存器均用庫函數(shù)進行屏蔽，直接使用C語言，這樣解決了課時不足與內容廣泛的矛盾。

2.課程內容設計。課程講授時，不再講解大量與計算機相關的知識，直接用較少的課時講解Cortex-M3處理器內核結構，然后集中課時并以項目驅動法講解LM3Sxxx開發(fā)過程、存貯器和系統(tǒng)控制、通用輸入輸出GIOP結構和使用、中斷系統(tǒng)、通用定時器、異步串行通信UART的結構及使用、同步串行通信SSI泊結構及使用、電壓比較器COMP和模數(shù)轉換ADC、脈沖寬度調制PWM結構及使用。整個課程由9個模塊組成，40左右課時，另外還有一至兩周時間的綜合實訓。

3.綜合實訓舉例。模擬比較器實訓：利用LM3Sxxx的內部模擬器及其相關的API函數(shù)，來檢測外部輸入的一個可變電壓，以控制輸出端的高低變化。當外部輸入電壓高于或等于參考電壓時，繼電器動作，電機轉動；低于參考電壓時，電機停轉。即使用兩個電位器分別模擬外部電壓和參考電壓，并從PB4、PB6腳輸入進行比較，比較的結果通過PA5連接到LED顯示，同時通過繼電器控制電機。

程序設計源程序如下：

本項目通過MDK產生可執(zhí)行文件并在Proteus8環(huán)境下仿真實現(xiàn)。源程序中的API函數(shù)看似比較煩瑣，但學生可以從輔助材料中得到。

4.改革后課程特色。改革后課程體現(xiàn)以下幾個特色：①使用LM3Sxxx+MDK+Proteus作為教學平臺，并根據市場上嵌入式產品開發(fā)基本采用C語言，摒棄了難懂的匯編語言。②對于具備固件庫的LM3Sxxx，學生可不必掌握底層寄存器的操作細節(jié)，只需看懂基于C語言的固件函數(shù)庫，便可輕松使用。③綜合實訓項目將理論與實踐緊密結合，便于學生參照練習，既激發(fā)學生積極性，提高教學效果，又能提升學生創(chuàng)新方法。④指導書和輔助材料符合循序漸進、由淺入深學習原則，學生能看得懂并快速上手；案例既便于教師進行項目訓練、講練結合，又強化學生操作技能。

五、結束語

應用型本科電氣專業(yè)嵌入式課程采用LM3Sxxx和Keil MDK作為教學平臺，不僅方便教師教學，而且學生學起來也容易上手。在教學過程中，通過精心設計的一體化實訓指導書和整套的學習輔助材料，提高了學生學習積極性，加強了學生動手能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識和競爭能力。

參考文獻：

[1]蘇澤光，龔學余，徐祖華.電氣工程及其自動化實踐教學改革與探索[C].第四屆全國高校電氣工程及其自動化專業(yè)教學改革研討會論文集，2007.

[2]龔名茂.嵌入式教改之路——從ARM9到Cortex-M3[J].中國科技縱橫，2012，（17）.

[3]葉賽風，劉金平.基于Multisim應用型本科的電工電子實訓改革研究[J].教育教學論壇，2014，（4）.

[4]來清民，來俊鵬.ARM Cortext-M3嵌入式系統(tǒng)設計和典型實例[M].北京航空航天大學出版社，2013，（6）.endprint