应用型本科电气专业嵌入式课程的改革研究

刘金平　叶赛风

摘要：本文结合应用型本科的特征，从电气工程及其自动化专业的就业岗位和能力要求入手，分析目前嵌入式课程教学现状及改革的必要性，提出嵌入式课程改革的思路和内容设计，通过举例说明改革成果并总结出课程改革的特色。

关键词：应用型本科；电气工程及其自动化；嵌入式；改革

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0099-02

一、引言

电力是现代社会生产和生活的基础，电气工程及其自动化专业在当今成为热门专业，社会需求量大，就业前景广阔。我院与本科院校的电气工程及自动化专业进行联合办学，方向为电力系统自动化，以强电为主，强电弱电结合。应用型本科是我国高等教育中的重要组成部分。它具有以下特征：①培养目标是培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用性人才，不是培养普通本科的学科型、学术型、研究型人才。②培养模式以培养技术应用能力为主线，以“应用”为主旨。依据特征，应用型本科各专业在构建课程和教学内容体系时，必须注重学生实践能力，其核心环节是实践教学。

二、电气专业就业岗位与能力要求

经过调研可以得知，电气专业毕业生大部分在发电厂，电网公司的生产一线，从事运行、继保、调度、电力营销等相关工作；一部分在电力设备制造企业从事电工产品设计、制造、产品试验、销售服务等工作。随着电力系统自动化技术与智能控制技术应用的迅速发展，电力系统的监控、保护技术发生了巨大变化，所以绝大部分用人单位要求电气专业的毕业生除了掌握电力工程知识外，还要掌握了解计算机控制技术、通信技术及计算机网络技术等相关知识。根据电力行业自动化及数字化程度越来越高的特点，我院在制定本专业人才培养方案时，重新进行课程设置，总体要求是既保证电力行业岗位所必需的强电专业知识，又加强计算机和自动控制方面内容，特别是嵌入式的知识及应用。

三、嵌入式课程现状与改革必要性

嵌入式系统进入高校课堂已有一定年限了，但由于教学定位问题，很多学生学习ARM9和Linux的课程时总觉得不知所云，困难重重。教师也解决不好庞大课程内容和有限课时量之间的矛盾。鉴于ARM9偏硬件的弊端，以及ARM Cortex-M3在具备高性能、低功耗和丰富的软件及工具成为32位MCU的主流，并在市场上的推广，这给嵌入式的教学改革带来契机。Cortex-M3的LM3Sxxx系列定位在嵌入式工控领域，学习者只要具备电子技术和C语言方面知识即可学习。编写程序是许多学生的难点，使用LM3xxx外设驱动库编程，初学者不但可以不必掌握硬件结构和寄存器组成，而且可以直接调用库函数，这就大大减轻了学生编程的压力。

四、课程改革思路及特色

1.课程改革思路。依据分析，我校电气专业的嵌入式课程改革思路是，放弃ARM9+Linux，采用Cortex-M3架构的LM3Sxxx处理器，加上keil MDK，再配上仿真软件Proteus8作为教学平台。

应用型本科学生普遍特点是兴趣广泛、思维灵活、不太习惯理论学习和思考、缺乏恒心和耐力、容易产生畏难情绪。采用MDK及Prteus8的仿真环境，不但实现因材施教，而且能激发学生学习热情。

基于Cortex-M3的Lm3Sxxx系列，应用时使用外设驱动编程，即所有寄存器均用库函数进行屏蔽，直接使用C语言，这样解决了课时不足与内容广泛的矛盾。

2.课程内容设计。课程讲授时，不再讲解大量与计算机相关的知识，直接用较少的课时讲解Cortex-M3处理器内核结构，然后集中课时并以项目驱动法讲解LM3Sxxx开发过程、存贮器和系统控制、通用输入输出GIOP结构和使用、中断系统、通用定时器、异步串行通信UART的结构及使用、同步串行通信SSI泊结构及使用、电压比较器COMP和模数转换ADC、脉冲宽度调制PWM结构及使用。整个课程由9个模块组成，40左右课时，另外还有一至两周时间的综合实训。

3.综合实训举例。模拟比较器实训：利用LM3Sxxx的内部模拟器及其相关的API函数，来检测外部输入的一个可变电压，以控制输出端的高低变化。当外部输入电压高于或等于参考电压时，继电器动作，电机转动；低于参考电压时，电机停转。即使用两个电位器分别模拟外部电压和参考电压，并从PB4、PB6脚输入进行比较，比较的结果通过PA5连接到LED显示，同时通过继电器控制电机。

程序设计源程序如下：

本项目通过MDK产生可执行文件并在Proteus8环境下仿真实现。源程序中的API函数看似比较烦琐，但学生可以从辅助材料中得到。

4.改革后课程特色。改革后课程体现以下几个特色：①使用LM3Sxxx+MDK+Proteus作为教学平台，并根据市场上嵌入式产品开发基本采用C语言，摒弃了难懂的汇编语言。②对于具备固件库的LM3Sxxx，学生可不必掌握底层寄存器的操作细节，只需看懂基于C语言的固件函数库，便可轻松使用。③综合实训项目将理论与实践紧密结合，便于学生参照练习，既激发学生积极性，提高教学效果，又能提升学生创新方法。④指导书和辅助材料符合循序渐进、由浅入深学习原则，学生能看得懂并快速上手；案例既便于教师进行项目训练、讲练结合，又强化学生操作技能。

五、结束语

应用型本科电气专业嵌入式课程采用LM3Sxxx和Keil MDK作为教学平台，不仅方便教师教学，而且学生学起来也容易上手。在教学过程中，通过精心设计的一体化实训指导书和整套的学习辅助材料，提高了学生学习积极性，加强了学生动手能力，培养了学生的创新意识和竞争能力。

参考文献：

[1]苏泽光，龚学余，徐祖华.电气工程及其自动化实践教学改革与探索[C].第四届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集，2007.

[2]龚名茂.嵌入式教改之路——从ARM9到Cortex-M3[J].中国科技纵横，2012，（17）.

[3]叶赛风，刘金平.基于Multisim应用型本科的电工电子实训改革研究[J].教育教学论坛，2014，（4）.

[4]来清民，来俊鹏.ARM Cortext-M3嵌入式系统设计和典型实例[M].北京航空航天大学出版社，2013，（6）.endprint