淺析STM32嵌入式實驗教學的改革與實踐

劉光偉

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

關鍵詞：嵌入式實驗教學 ?STM32 ?改革與實踐

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

1 ?我國高校嵌入式系統實驗教學的現狀

目前我國高校嵌入式實踐教學中所開設的基礎實驗內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。這些實驗的具體應用實現方式主要有兩種：一是寄存器開發;二是庫函數開發。這兩種方式都有著自身的優勢和弊端，寄存器開發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動代碼使用的是哪種寄存器，而且寄存器開發是沒有庫函數層的，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 ?高校嵌入式系統設計課程的特點分析

2.1 技術更新快

嵌入式系統技術更新速度非常之快，從最開始的微處理器到微控制器再到片上系統，其嵌入式系統的結構變得越來越復雜，運行效率變得越來越高，應用范圍也隨之越來越廣。對于學生而言，其在大學期間學習到的嵌入式系統可能并不完整，但是卻能夠為其后續學習和應用嵌入式系統奠定堅實的基礎。

2.2 實踐性強

嵌入式系統應用范圍非常廣泛，去面向的用戶、產品以及領域是非常豐富和多元化的，因此，嵌入式系統技術必須要和具體應用結合在一起才能夠體現出它的優勢。大學生要想學好嵌入式系統技術決不能單純只依靠課本學習，更要經過大量的實踐操作才可以完成。學生只有真正參與到嵌入式實驗學習當中，才能夠逐漸發現其中的問題，并尋找到有效的解決方式。科學合理的嵌入式實驗項目的設計與實踐，在幫助學生真正了解和應用嵌入式系統方面發揮著非常重要的作用。

2.3 綜合性強

根據筆者的調查和研究，發現當前高校在嵌入式系統教學方面開設了越來越多的基礎課程，其主要包括電工與電路基礎、信號與系統、數字電子技術基礎、自動控制原理、模擬電子技術基礎、計算機原理、微機接口技術等。之所以要設置這些課程，讓學生能夠接觸和學習到更多關于嵌入式系統的相關知識，主要原因就是因為嵌入式系統有著非常強的綜合性，學生不僅僅要了解清楚嵌入式系統的硬件結構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 ?當前STM32嵌入式實驗教學的改革思路

在之前嵌入式實驗教學過程中，其教學思路是：建立文件夾預存相關保準庫文件—利用Keil新建工程—加載相應庫文件到新建工程中去—編寫時鐘和相關硬件配合程序—編寫用戶程序。

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

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

4 ?STM32嵌入式實驗教學平臺的搭建

在進行STM32嵌入式實驗教學改革之前，高校嵌入式系統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，那么學生們就只能等到下一次實驗課才可以繼續進行探究，尋找答案，這對于學生參與實驗的積極性和探究意識的培養有著非常負面的影響，下一次實驗學生很可能就已經忘記了原來遇到的問題或者已經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、開發板和仿真器幾大部分組成。作為核心元素的開發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生都發一塊，學生們也因此可以在課下或者業余時間來繼續完成實驗，等到規定時間后再將開發板收上來即可。

5 ? STM32嵌入式實驗內容的設置

5.1 明確教學目標

嵌入式系統設計以STM32為核心，主要介紹嵌入式系統相關理論知識、ARM體系結構等基礎內容。STM32嵌入式實驗教學的目標確定為以下幾點：第一，要求學生掌握清楚嵌入式系統基礎知識，學習ARM體系結構，學習嵌入式系統硬件的設計方法;第二，學習STM32的軟件開發技術、掌握利用嵌入式C語言設計STM32程序的方法;第三，學習ARMKeil集成開發環境的使用方法，熟練使用STM32開發板;第四，學習嵌入式系統硬件設計技術，掌握STM32最小系統硬件和外圍擴展單元設計，并能夠綜合運用嵌入式系統軟件和硬件設計技術。

5.2 設計實驗項目

要想實現上述教學目標，就必須要盡可能多地讓學生接觸和參與更多類型的實驗項目。當前高校在STM32嵌入式實驗教學中主要設計了以下幾種具有代表性的實驗項目。

第一，基礎類實驗。

基礎類實驗主要建立在基于固件庫的工程模板之上，學生需要在自己的電腦上面安裝開發軟件，然后建立STM32工程，并添加庫函數，編寫源代碼，創建好目標文件。其中關于GPIO端口直接輸入和輸出實驗，學生不僅要掌握GPIO工作方式的配置辦法，了解GPIO函數的功能，還要掌握按鍵控制LED以不同的方式進行點亮的辦法。

第二，設計類實驗。

設計類試驗主要是外部中斷應用實驗，學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程序。其中，在定時器應用試驗當中，學生需要全面掌握定時器的工作方式、定時時間常數的配置以及編寫程序實現計時暫停、秒計時以及清零等功能。在A/D轉換實驗中，A/D轉換實驗需要學生掌握A/D轉換器的工作原理，掌握ADC初始化配置、數據采集等程序設計技術，此外還要能夠做到將模擬電壓值顯示在數碼管上面，通過串口上傳到PC機上面。

第三，創新類實驗。

創新類實驗是基于nRF24L01模塊的近距無線通信系統來設計的，在創新類實驗當中，學生需要對近距無線數據傳輸原理、24L01程序設計和應用技術以及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，分別負責實現發送數據和接受數據，并且要在顯示器上面顯示出來。

6 ?結語

綜上所述，嵌入式技術教學改革是社會向前發展的必然要求，STM32嵌入式實驗教學需要建立起一個更加完善的實踐教學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教學改革工作的重視力度，重點培養和提升學生在嵌入式系統的應用開發能力。

參考文獻

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