淺析STM32嵌入式實驗教學(xué)的改革與實踐

劉光偉

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

關(guān)鍵詞：嵌入式實驗教學(xué) ?STM32 ?改革與實踐

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（b）-0159-02

1 ?我國高校嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

目前我國高校嵌入式實踐教學(xué)中所開設(shè)的基礎(chǔ)實驗內(nèi)容主要包括串口實驗、GPIO輸入輸出實驗、定時器實驗、中斷實驗、SPI接口實驗、I2C接口實驗以及CAN控制器實驗。這些實驗的具體應(yīng)用實現(xiàn)方式主要有兩種：一是寄存器開發(fā);二是庫函數(shù)開發(fā)。這兩種方式都有著自身的優(yōu)勢和弊端，寄存器開發(fā)直接針對的便是寄存器的某些位進行置1或者清0操作，所以它能夠非常清楚地看到驅(qū)動代碼使用的是哪種寄存器，而且寄存器開發(fā)是沒有庫函數(shù)層的，這就大大降低了代碼為分層面消耗的資源，有效提高了實際運行效率。

2 ?高校嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程的特點分析

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)變得越來越復(fù)雜，運行效率變得越來越高，應(yīng)用范圍也隨之越來越廣。對于學(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，但是卻能夠為其后續(xù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.2 實踐性強

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍非常廣泛，去面向的用戶、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。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)過大量的實踐操作才可以完成。學(xué)生只有真正參與到嵌入式實驗學(xué)習(xí)當(dāng)中，才能夠逐漸發(fā)現(xiàn)其中的問題，并尋找到有效的解決方式?？茖W(xué)合理的嵌入式實驗項目的設(shè)計與實踐，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

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)方面開設(shè)了越來越多的基礎(chǔ)課程，其主要包括電工與電路基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、自動控制原理、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、計算機原理、微機接口技術(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，主要原因就是因為嵌入式系統(tǒng)有著非常強的綜合性，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編寫控制程序的方式方法。

3 ?當(dāng)前STM32嵌入式實驗教學(xué)的改革思路

在之前嵌入式實驗教學(xué)過程中，其教學(xué)思路是：建立文件夾預(yù)存相關(guān)保準(zhǔn)庫文件—利用Keil新建工程—加載相應(yīng)庫文件到新建工程中去—編寫時鐘和相關(guān)硬件配合程序—編寫用戶程序。

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

從前后兩種教學(xué)思路的對比中，便可以了解到STM32嵌入式實驗教學(xué)的流程開發(fā)模式更為簡潔，而且效率也更高一些。

4 ?STM32嵌入式實驗教學(xué)平臺的搭建

在進行STM32嵌入式實驗教學(xué)改革之前，高校嵌入式系統(tǒng)實驗基本上都需要在實驗室這樣的特定場所來進行，但是高校的實驗室一般都不會對外開放，學(xué)生也必須要按照實驗室的開放時間和課程安排才有機會進入到實驗室來進行實驗，這就使得學(xué)生的實驗受到時空局限性非常強，如果在該次實驗中遇到難題未能及時解決，那么學(xué)生們就只能等到下一次實驗課才可以繼續(xù)進行探究，尋找答案，這對于學(xué)生參與實驗的積極性和探究意識的培養(yǎng)有著非常負面的影響，下一次實驗學(xué)生很可能就已經(jīng)忘記了原來遇到的問題或者已經(jīng)喪失了對問題的探究興趣。

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

5 ? STM32嵌入式實驗內(nèi)容的設(shè)置

5.1 明確教學(xué)目標(biāo)

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

5.2 設(shè)計實驗項目

要想實現(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型的實驗項目。當(dāng)前高校在STM32嵌入式實驗教學(xué)中主要設(shè)計了以下幾種具有代表性的實驗項目。

第一，基礎(chǔ)類實驗。

基礎(chǔ)類實驗主要建立在基于固件庫的工程模板之上，學(xué)生需要在自己的電腦上面安裝開發(fā)軟件，然后建立STM32工程，并添加庫函數(shù)，編寫源代碼，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驗，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以不同的方式進行點亮的辦法。

第二，設(shè)計類實驗。

設(shè)計類試驗主要是外部中斷應(yīng)用實驗，學(xué)生需要掌握外部中斷的工作方式、能夠編寫出中斷初始化程序與中斷服務(wù)程序。其中，在定時器應(yīng)用試驗當(dāng)中，學(xué)生需要全面掌握定時器的工作方式、定時時間常數(shù)的配置以及編寫程序?qū)崿F(xiàn)計時暫停、秒計時以及清零等功能。在A/D轉(zhuǎn)換實驗中，A/D轉(zhuǎn)換實驗需要學(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，通過串口上傳到PC機上面。

第三，創(chuàng)新類實驗。

創(chuàng)新類實驗是基于nRF24L01模塊的近距無線通信系統(tǒng)來設(shè)計的，在創(chuàng)新類實驗當(dāng)中，學(xué)生需要對近距無線數(shù)據(jù)傳輸原理、24L01程序設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)以及24L01工作原理等有著清楚的了解，而且這類實驗在具體操作中一般都是由兩個人組成一個小組，分別負責(zé)實現(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。

6 ?結(jié)語

綜上所述，嵌入式技術(shù)教學(xué)改革是社會向前發(fā)展的必然要求，STM32嵌入式實驗教學(xué)需要建立起一個更加完善的實踐教學(xué)體系來保障其順利施行。高校必須要進一步加強對嵌入式技術(shù)教學(xué)改革工作的重視力度，重點培養(yǎng)和提升學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)能力。

參考文獻

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