ww普通高校自動(dòng)化專業(yè)嵌入式技術(shù)教學(xué)的幾點(diǎn)思考.ppt

王 威 河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院 2009-12-09,普通高校自動(dòng)化專業(yè) 嵌入式技術(shù)教學(xué)的幾點(diǎn)思考,引言,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為后PC 時(shí)代研究和應(yīng)用的熱點(diǎn) 社會(huì)上對(duì)掌握嵌入式技術(shù)的本科層次人才需求巨大 大學(xué)生應(yīng)具備什么樣的嵌入式系統(tǒng)知識(shí)結(jié)構(gòu)（多種提法） 改進(jìn)應(yīng)用型自動(dòng)化專業(yè)嵌入式技術(shù)的教學(xué)與實(shí)踐（二本） 嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的教學(xué)主指MCUDSPPLC等應(yīng)用系統(tǒng) 嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的教學(xué)核心（81632位MCU為例）,主要內(nèi)容,1. 教學(xué)的結(jié)構(gòu)是arm+Linux?還是mcu+c? 2. 教學(xué)是否分層？分幾個(gè)層次？ 3. 本科教學(xué)基于8位還是16位MCU? 4. 是否教授RTOS ？ 5. 建立自動(dòng)化專業(yè)嵌入式測(cè)控技術(shù)類(lèi)課程教學(xué)協(xié)調(diào)機(jī)制？ 6. 全國(guó)智能車(chē)比賽的改進(jìn)建議,1 教學(xué)的結(jié)構(gòu)arm+Linux? mcu+c?,自動(dòng)化專業(yè)不同于計(jì)算機(jī)專業(yè)、通信工程或電子工程專業(yè)， 社會(huì)上的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系通常推薦arm+Linux?。 自動(dòng)化專業(yè)擬采用mcu+c的教學(xué)結(jié)構(gòu)： 實(shí)際上自動(dòng)化專業(yè)主要面向是自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)，在有限的教學(xué)時(shí)間和實(shí)踐條件下，“mcu+c”的教學(xué)結(jié)構(gòu)更有利于大學(xué)生掌握較深的技術(shù)細(xì)節(jié)，并真正應(yīng)用已學(xué)的知識(shí)構(gòu)建一個(gè)典型的小型自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)，比如設(shè)計(jì)并制作一個(gè)具有精度、穩(wěn)定度要求和較高性價(jià)比的真實(shí)溫度測(cè)控儀.。,自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)必須突出嵌入式技術(shù)的“測(cè)控+系統(tǒng)”理念，這里所談的“測(cè)控+系統(tǒng)”是指“測(cè)量、算法、執(zhí)行”，也即必須注重檢測(cè)與傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理算法、控制理論和程序設(shè)計(jì)、電力電子和測(cè)控對(duì)象的工程特性等。 必須高度重視經(jīng)典控制理論或現(xiàn)代控制理論等算法在基于MCU的工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為“智能檢測(cè)與控制”奠定基礎(chǔ)。 “mcu+c” 的內(nèi)容只是嵌入式測(cè)控技術(shù)的靈魂核心和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，不是眼睛和四肢。,“測(cè)控+系統(tǒng)”理念,2 教學(xué)是否分層？分幾個(gè)層次？,自動(dòng)化專業(yè)的大學(xué)生畢業(yè)后，真正從事嵌入式測(cè)控技術(shù)的大約占10-25%（包括MCUPLCDSP等應(yīng)用系統(tǒng)，這里以mcu為例），教學(xué)可分為23個(gè)層次： 認(rèn)知能力層次（基本要求） 研發(fā)能力層次（高級(jí)要求） 掌握層次（中級(jí)要求，介于以上兩層之間 ）,熟悉嵌入式測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和方案，對(duì)嵌入式測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)有較深入的了解和認(rèn)識(shí)；了解嵌入式測(cè)控硬件平臺(tái)（熟悉一種8位mcu）的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠讀懂嵌入式測(cè)控硬件電路和軟件程序（C語(yǔ)言）；熟悉基于8位mcu的嵌入式軟件、硬件開(kāi)發(fā)流程，能夠編寫(xiě)簡(jiǎn)單嵌入式測(cè)控程序?？梢哉n程和學(xué)分的形式進(jìn)行，面向所有學(xué)生。,認(rèn)知能力層次,熟悉嵌入式測(cè)控技術(shù)的多種技術(shù)方案,對(duì)嵌入式測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)有深入的認(rèn)識(shí)和使用； 掌握2種嵌入式測(cè)控硬件平臺(tái)（一種8位mcu，一種16或32位）的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠設(shè)計(jì)嵌入式測(cè)控硬件電路和軟件程序（C語(yǔ)言）； 熟悉基于16或32位mcu的嵌入式軟件、硬件開(kāi)發(fā)流程，畢業(yè)前，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作完成一個(gè)具有較高精度、較高穩(wěn)定度和較高性價(jià)比的真實(shí)測(cè)控裝置。,研發(fā)能力層次,研發(fā)能力層次的學(xué)生大學(xué)畢業(yè)時(shí), 能夠作為企業(yè)的核心成員直接參與嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試、研制和開(kāi)發(fā)。 可以項(xiàng)目制、全國(guó)大賽和創(chuàng)新學(xué)分的形式進(jìn)行教學(xué)， 可作為全國(guó)大賽和創(chuàng)新學(xué)分的主力參賽隊(duì)員。 面向10-15%的對(duì)嵌入式測(cè)控技術(shù)有強(qiáng)烈興趣的高水平學(xué)生。,研發(fā)能力層次（續(xù)）,介于認(rèn)知能力層次和研發(fā)能力層次之間的大部分學(xué)生,約有學(xué)生總數(shù)的40-50%。熟悉嵌入式測(cè)控技術(shù)的幾種典型技術(shù)方案, 對(duì)嵌入式測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)有較深入的認(rèn)識(shí)和使用；掌握1種嵌入式測(cè)控硬件平臺(tái)（一種8位mcu）的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠分組設(shè)計(jì)嵌入式測(cè)控硬件電路和軟件C程序。,掌握層次,熟悉基于8位mcu的嵌入式軟件、硬件開(kāi)發(fā)流程，能夠分組設(shè)計(jì)并制作完成一個(gè)具有較有精度、穩(wěn)定度和性價(jià)比要求的的課程設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行基于8位MCU的畢業(yè)課題設(shè)計(jì)，也可作為全國(guó)大賽和創(chuàng)新分的非主力參賽隊(duì)員。大學(xué)畢業(yè)時(shí)，能夠作為企業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)成員參與嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的市場(chǎng)銷(xiāo)售和技術(shù)服務(wù)?？梢哉n程設(shè)計(jì)制和創(chuàng)新學(xué)分的教學(xué)形式進(jìn)行。面向約有學(xué)生總數(shù)40-50%的對(duì)嵌入式測(cè)控技術(shù)有興趣的學(xué)生。,掌握層次（續(xù)）,作為工程應(yīng)用型人才，嵌入式測(cè)控技術(shù)主要任務(wù)是將新型的高性價(jià)比的MCU應(yīng)用于工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 大學(xué)生在校期間，精通1種主流MCU+1種調(diào)試開(kāi)發(fā)工具+嵌入式開(kāi)發(fā)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行基本工程開(kāi)發(fā)的強(qiáng)化技能訓(xùn)練。,通識(shí)要求,3 本科教學(xué)基于8位還是16位MCU?,經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和試驗(yàn)，自動(dòng)化專業(yè)的嵌入式測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)教學(xué)以選較新型的8位機(jī)為宜。限于自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的教學(xué)時(shí)數(shù)、認(rèn)識(shí)規(guī)律和實(shí)踐條件，新型8位機(jī)（例如S08系列）的難度和資源可以在“36學(xué)時(shí)理論教學(xué)+36學(xué)時(shí)課程設(shè)計(jì)”內(nèi)，完成認(rèn)知和掌握層次的教學(xué)。 2010年起， ARM 的32位 CORTEX-M0的問(wèn)世，有可能提升本科MCU的基礎(chǔ)教學(xué)平臺(tái)。,采用S12進(jìn)行了MCU的基礎(chǔ)教學(xué)，也即學(xué)生之前僅有電子技術(shù)和C程序的課程基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)2年8個(gè)班的教學(xué)實(shí)踐，平均效果一般，主要是培養(yǎng)了10%左右的尖子學(xué)生，大部分學(xué)生僅達(dá)到了認(rèn)知層次。 2007年改用HC08，后改用S08，效果良好，60%以上的學(xué)生都可以達(dá)到掌握的層次。MCU類(lèi)的課程在2007年以后改為了選修課，學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力和學(xué)習(xí)的效果有所降低。隨著就業(yè)壓力的影響，90%以上的自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生已認(rèn)識(shí)到了嵌入式技術(shù)的重要性。,河南工業(yè)大學(xué)的實(shí)踐嘗試,4 是否教授RTOS ？,商用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口(API) ,是計(jì)算機(jī)基本組成不可分離的一部分,應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)以及完成后的軟件都在OS 平臺(tái)上運(yùn)行。 嵌入式測(cè)控系統(tǒng)則不同,小型應(yīng)用程序可以不用操作系統(tǒng)直接在集成電路上運(yùn)行,但是隨著新型8位機(jī)和16位、32位機(jī)的大量應(yīng)用，以及性價(jià)比和數(shù)據(jù)處理復(fù)雜程度的提升， RTOS的重要性日漸凸顯 。,為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用MCU的系統(tǒng)資源、嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要性日漸凸顯，以保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性,并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間,保證軟件質(zhì)量。 我們已在本科教學(xué)中引入S12+UCOSII（或FREE RTOS）作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),只是教學(xué)的時(shí)數(shù)和效果的矛盾尚待處理。 希望能夠有更簡(jiǎn)明的教材和更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)作為RTOS的入門(mén)教學(xué)。,河南工業(yè)大學(xué)的實(shí)踐嘗試,5 建立自動(dòng)化專業(yè)嵌入式測(cè)控技術(shù)類(lèi)課程教學(xué)協(xié)調(diào)機(jī)制？,目前，相對(duì)于電子、通訊、信息類(lèi)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)體系，面向IO的嵌入式測(cè)控技術(shù)類(lèi)課程的教學(xué)體系和認(rèn)識(shí)在高校尚待深入的探索，在自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)中: 如何強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合？ 如何讓更多的師生接受新型嵌入式測(cè)控新技術(shù)？ 如何可持續(xù)的推廣和開(kāi)展全國(guó)智能車(chē)比賽？ 希望建立自動(dòng)化專業(yè)嵌入式測(cè)控技術(shù)類(lèi)課程的教學(xué)交流協(xié)調(diào)機(jī)制，推動(dòng)建立國(guó)家級(jí)精品課程建設(shè)等。,6 全國(guó)智能車(chē)比賽的改進(jìn)建議(管見(jiàn)),近5年來(lái), 全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)比賽吸引了越來(lái)越多的優(yōu)秀學(xué)生， 已經(jīng)發(fā)展成為涉及自動(dòng)控制、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、檢測(cè)技術(shù)、模式識(shí)別等諸多技術(shù)領(lǐng)域的全國(guó)比賽。 大賽的公平、公正和富有競(jìng)爭(zhēng)的特質(zhì)鼓勵(lì)了全國(guó)眾多高校。培養(yǎng)了一大批具有一定的技術(shù)水平、較強(qiáng)的實(shí)踐能力、富有激情創(chuàng)新型人才，并逐步成為中國(guó)高校工科比賽的名牌工程。,但是，經(jīng)過(guò)4屆的競(jìng)賽實(shí)踐，該比賽可否進(jìn)行的幾個(gè)方面的改良？ 1、比賽的規(guī)則過(guò)于強(qiáng)調(diào)速度，而速度是有極限的，同時(shí)它也是參賽高校綜合技術(shù)與資源實(shí)力的體現(xiàn)，導(dǎo)致大部分的獎(jiǎng)項(xiàng)始終在一些擁有較豐富資源的重點(diǎn)高校和強(qiáng)勢(shì)高校中循環(huán)。國(guó)內(nèi)面大量廣的普通高校的參與度和積極性受到了抑制。不利于大賽的普及，也不利于新型MCU的普及和應(yīng)用。,2、 比賽的規(guī)則缺乏競(jìng)技的分量，比賽的場(chǎng)地太大，參賽的趣味性和多變性亟待提高。 傳感器和執(zhí)行器的形式過(guò)于單一，光電組不準(zhǔn)加鏡頭的規(guī)則執(zhí)行有較大的困難。 實(shí)際上，基于mcu的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的形式是很多的，比如聲光電的識(shí)別、無(wú)線傳輸、新型傳感器等。 建議加大“競(jìng)技”的分量，淡化競(jìng)速的分量。,3、比賽的物質(zhì)技術(shù)條件對(duì)比賽結(jié)果的影響比重較大，導(dǎo)致大家競(jìng)相采用較高價(jià)格的激光、高性能16位MCU，高級(jí)驅(qū)動(dòng)器電路等，在某種程度影響了學(xué)生認(rèn)真深入的學(xué)習(xí)和應(yīng)用MCU的設(shè)計(jì)技術(shù)，淡化了自動(dòng)化專業(yè)“測(cè)控+系統(tǒng)”理念的深入實(shí)踐。 可否改革以8位、16位等類(lèi)型分組比賽，擴(kuò)大參賽數(shù)量和學(xué)生受益面。,4、 比賽的分區(qū)方式中差旅成本的分量應(yīng)日漸減少（不是增加），這樣才有利于更多的高校和學(xué)生參與。 我校參加了4屆比賽，每屆的差旅費(fèi)接近40%?？煞窠档捅荣惖募夹g(shù)和差旅門(mén)檻，適當(dāng)擴(kuò)大分區(qū)數(shù)量，將有限的資金用于比賽的硬件投入。 另：可否改進(jìn)比賽方式，減少硬件成本，擴(kuò)大學(xué)生參與數(shù)量，,河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,河南工業(yè)大學(xué)-美國(guó)FREESCALE MCU&DSC聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的始建于2005年10月，2009年二期擴(kuò)建，共獲贈(zèng)60余套8位、16位先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置與儀器。,河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 (基于飛思卡爾MCU),已出版的教材,王威主編S12微控制器原理與應(yīng)用北京航空航天出版社2007.11 王威主編嵌入式控制器S08AW原理及實(shí)踐 北航出版社 2008.12,教學(xué)研究立項(xiàng)項(xiàng)目 王威 基于聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室得多課程綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)模式研究 吳才章 傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐（ S08AW ） 段守敏 質(zhì)量工程下的電工電子課程建設(shè) 智能測(cè)控工程應(yīng)用型人才創(chuàng)新培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)區(qū),河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 (基于飛思卡爾MCU),科研項(xiàng)目鑒定和成果驗(yàn)收 王威 王偉生 馬利 鄭維 糧油生產(chǎn)工況監(jiān)測(cè)及自動(dòng)預(yù)警技術(shù)在油脂脫色工程的應(yīng)用 河南省科技廳 豫科農(nóng)【2008】-13 吳才章 油脂精煉生產(chǎn)線智能監(jiān)控系統(tǒng) 豫科委鑒字2008568 吳才章 基于無(wú)線通信的便攜式氧化鋅避雷器在線測(cè)試儀 豫科委鑒字2008569 馬利 王威 王偉生 鄭維 食用油吸附劑智能控制器技術(shù)研究 校基金驗(yàn)收 2008.11 鄭維 基于Zigbee技術(shù)的控制器研究 ?；痱?yàn)收 2008.11,“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)比賽 20062009年獲獎(jiǎng),河南工業(yè)大學(xué)-FREESCALE聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 (基于飛思卡爾MCU),2009年智能車(chē)參賽隊(duì)伍獲得獎(jiǎng)項(xiàng),挑戰(zhàn)杯全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽 （河南省一等獎(jiǎng)）,小型智能化食用油色澤檢測(cè)儀(S12