浅析STM32嵌入式实验教学的改革与实践

刘光伟

摘  要：伴随着社会发展对人才质量需求的变化，我国高校实验教学也开始面临着越来越严峻的改革形势。在当前高校实验教学改革工作当中，嵌入式实验教学是最受关注的话题之一，如何在实验教学中有效提高嵌入式实验教学的质量也是最重要的任务之一。STM32的引入为嵌入式实验教学质量提供了一个全新的发展机遇，该文将就STM32嵌入式实验教学的改革与实践进行深入的分析与探究。

关键词：嵌入式实验教学  STM32  改革与实践

中图分类号：G642                文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（b）-0159-02

1  我国高校嵌入式系统实验教学的现状

目前我国高校嵌入式实践教学中所开设的基础实验内容主要包括串口实验、GPIO输入输出实验、定时器实验、中断实验、SPI接口实验、I2C接口实验以及CAN控制器实验。这些实验的具体应用实现方式主要有两种：一是寄存器开发;二是库函数开发。这两种方式都有着自身的优势和弊端，寄存器开发直接针对的便是寄存器的某些位进行置1或者清0操作，所以它能够非常清楚地看到驱动代码使用的是哪种寄存器，而且寄存器开发是没有库函数层的，这就大大降低了代码为分层面消耗的资源，有效提高了实际运行效率。

2  高校嵌入式系统设计课程的特点分析

2.1 技术更新快

嵌入式系统技术更新速度非常之快，从最开始的微处理器到微控制器再到片上系统，其嵌入式系统的结构变得越来越复杂，运行效率变得越来越高，应用范围也随之越来越广。对于学生而言，其在大学期间学习到的嵌入式系统可能并不完整，但是却能够为其后续学习和应用嵌入式系统奠定坚实的基础。

2.2 实践性强

嵌入式系统应用范围非常广泛，去面向的用户、产品以及领域是非常丰富和多元化的，因此，嵌入式系统技术必须要和具体应用结合在一起才能够体现出它的优势。大学生要想学好嵌入式系统技术决不能单纯只依靠课本学习，更要经过大量的实践操作才可以完成。学生只有真正参与到嵌入式实验学习当中，才能够逐渐发现其中的问题，并寻找到有效的解决方式。科学合理的嵌入式实验项目的设计与实践，在帮助学生真正了解和应用嵌入式系统方面发挥着非常重要的作用。

2.3 综合性强

根据笔者的调查和研究，发现当前高校在嵌入式系统教学方面开设了越来越多的基础课程，其主要包括电工与电路基础、信号与系统、数字电子技术基础、自动控制原理、模拟电子技术基础、计算机原理、微机接口技术等。之所以要设置这些课程，让学生能够接触和学习到更多关于嵌入式系统的相关知识，主要原因就是因为嵌入式系统有着非常强的综合性，学生不仅仅要了解清楚嵌入式系统的硬件结构以及各种接口的功能，也需要掌握利用固件库编写控制程序的方式方法。

3  当前STM32嵌入式实验教学的改革思路

在之前嵌入式实验教学过程中，其教学思路是：建立文件夹预存相关保准库文件—利用Keil新建工程—加载相应库文件到新建工程中去—编写时钟和相关硬件配合程序—编写用户程序。

改革之后的STM32嵌入式教学思路：利用STM32图形化配置引脚、时钟、外设接口—生成共Keil使用的初始化工程—编写用户程序。

从前后两种教学思路的对比中，便可以了解到STM32嵌入式实验教学的流程开发模式更为简洁，而且效率也更高一些。

4  STM32嵌入式实验教学平台的搭建

在进行STM32嵌入式实验教学改革之前，高校嵌入式系统实验基本上都需要在实验室这样的特定场所来进行，但是高校的实验室一般都不会对外开放，学生也必须要按照实验室的开放时间和课程安排才有机会进入到实验室来进行实验，这就使得学生的实验受到时空局限性非常强，如果在该次实验中遇到难题未能及时解决，那么学生们就只能等到下一次实验课才可以继续进行探究，寻找答案，这对于学生参与实验的积极性和探究意识的培养有着非常负面的影响，下一次实验学生很可能就已经忘记了原来遇到的问题或者已经丧失了对问题的探究兴趣。

STM32嵌入式实验则有效解决了传统嵌入式实验中存在的这一弊端，STM32嵌入式实验硬件平台由PC机、开发板和仿真器几大部分组成。作为核心元素的开发板价格相对便宜很多，而且携带也非常方便，教师完全可以在实验课之前给每一位学生都发一块，学生们也因此可以在课下或者业余时间来继续完成实验，等到规定时间后再将开发板收上来即可。

5   STM32嵌入式实验内容的设置

5.1 明确教学目标

嵌入式系统设计以STM32为核心，主要介绍嵌入式系统相关理论知识、ARM体系结构等基础内容。STM32嵌入式实验教学的目标确定为以下几点：第一，要求学生掌握清楚嵌入式系统基础知识，学习ARM体系结构，学习嵌入式系统硬件的设计方法;第二，学习STM32的软件开发技术、掌握利用嵌入式C语言设计STM32程序的方法;第三，学习ARMKeil集成开发环境的使用方法，熟练使用STM32开发板;第四，学习嵌入式系统硬件设计技术，掌握STM32最小系统硬件和外围扩展单元设计，并能够综合运用嵌入式系统软件和硬件设计技术。

5.2 设计实验项目

要想实现上述教学目标，就必须要尽可能多地让学生接触和参与更多类型的实验项目。当前高校在STM32嵌入式实验教学中主要设计了以下几种具有代表性的实验项目。

第一，基础类实验。

基础类实验主要建立在基于固件库的工程模板之上，学生需要在自己的电脑上面安装开发软件，然后建立STM32工程，并添加库函数，编写源代码，创建好目标文件。其中关于GPIO端口直接输入和输出实验，学生不仅要掌握GPIO工作方式的配置办法，了解GPIO函数的功能，还要掌握按键控制LED以不同的方式进行点亮的办法。

第二，设计类实验。

设计类试验主要是外部中断应用实验，学生需要掌握外部中断的工作方式、能够编写出中断初始化程序与中断服务程序。其中，在定时器应用试验当中，学生需要全面掌握定时器的工作方式、定时时间常数的配置以及编写程序实现计时暂停、秒计时以及清零等功能。在A/D转换实验中，A/D转换实验需要学生掌握A/D转换器的工作原理，掌握ADC初始化配置、数据采集等程序设计技术，此外还要能够做到将模拟电压值显示在数码管上面，通过串口上传到PC机上面。

第三，创新类实验。

创新类实验是基于nRF24L01模块的近距无线通信系统来设计的，在创新类实验当中，学生需要对近距无线数据传输原理、24L01程序设计和应用技术以及24L01工作原理等有着清楚的了解，而且这类实验在具体操作中一般都是由两个人组成一个小组，分别负责实现发送数据和接受数据，并且要在显示器上面显示出来。

6  结语

综上所述，嵌入式技术教学改革是社会向前发展的必然要求，STM32嵌入式实验教学需要建立起一个更加完善的实践教学体系来保障其顺利施行。高校必须要进一步加强对嵌入式技术教学改革工作的重视力度，重点培养和提升学生在嵌入式系统的应用开发能力。

参考文献

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