在嵌入式實訓室中，學生可以進行各種嵌入式系統的實驗和實訓項目，例如GPIO實驗、定時器實驗、看門狗實驗、實時時鐘實驗等。通過這些實驗和實訓，學生可以深入了解嵌入式系統的基本原理和開發流程，提高嵌入式系統開發能力和創新意識。
此外，嵌入式實訓室還可以用于開展相關的競賽訓練、創新創業項目和教師科研等活動。這有助于學生將所學知識應用于實際項目中，提升實踐能力和綜合素質。
隨著物聯網和人工智能的快速發展,嵌入式技術迎來了發展機遇的同時,也給高校的嵌入式系統課程帶來了挑戰。嵌入式系統具有體積小、功能強、可靠性高等特點,已經廣泛應用于各個領域,深入人們生活方方面面,對應培養多樣化、高端化人才的需求。因此,越來越多高校開設了嵌入式系統技術與應用課程。以新興應用型本科院校為例,信息工程學院計算機科學與技術專業設置了嵌入式技術的理論課程、實驗課程、課程設計和系統集成項目實訓,目的是培養同時具備嵌入式系統軟硬件綜合開發與應用能力的高素質嵌入式應用系統開發人才。
嵌入式系統實訓室是進行嵌入式系統課程教學的重要場所,它為學生提供一個專業的嵌入式系統學習實訓環境。實訓室一般設置有嵌入式系統開發平臺、各種傳感器模塊、嵌入式處理器開發板、儀器設備等硬件設施。同時還配備了完善的軟件平臺,如嵌入式操作系統、開發工具鏈、仿真平臺等。
在實訓室內,學生可以接觸各種主流的嵌入式處理器和微控制器,如ARM、MIPS、AVR、DSP等,學習嵌入式系統硬件電路設計、嵌入式操作系統移植、驅動程序開發、系統仿真、應用程序設計等內容。通過完成一系列的嵌入式系統課程設計實訓,學生可以較系統地掌握嵌入式系統開發方法,培養解決實際嵌入式系統開發問題的能力。
實訓室還要注重培養學生的動手能力和團隊合作精神。學生需要通過團隊形式開展項目實訓,在指導教師的指導下,從需求分析、系統設計到項目實現全過程中練習嵌入式系統開發。這不僅鞏固了學生的專業知識,也提高了實際能力,對今后從事嵌入式系統開發工作非常有幫助。
第一部分 嵌入式實訓室概念及背景
1.1什么是嵌入式
嵌入式系統（embedded system），是一種嵌入機械或電氣系統內部、具有專一功能和實時計算性能的計算機系統。嵌入式系統常被用于高效控制許多常見設備，被嵌入的系統通常是包含數位硬件和機械部件的完整設備，例如汽車的防鎖死煞車系統。相反，通用計算機如個人電腦則設計靈活，可以智能處理各式各樣的運算情況，以滿足廣大終端用戶不同的需要。
現代嵌入式系統通常是基于微控制器（如含集成內存和/或外設接口的中央處理單元）的，但在較復雜的系統中普通微處理器（使用外部存儲芯片和外設接口電路）也很常見。通用型處理器、專門進行某類計算的處理器、為手持應用訂制設計的處理器等，都可能應用到嵌入式系統。常見的專用處理器有數字信號處理器。
嵌入式系統的關鍵特性是處理特定的任務，因此工程師能對其進行優化，以降低產品的體積和成本，提升可靠性和性能。
嵌入式系統的物理形態包括便攜設備如計步器、電子手表和MP3播放器，大型固定裝置如交通燈、工廠控制器，大型復雜系統如混合動力汽車、磁共振成像設備、航空電子設備等。它們的復雜度低至單片機，高至大型底盤或外殼內安裝有多個部件、外設和網絡。
嵌入式系統的主要特征包括:
代碼體積小,可以在嵌入式系統的有限存儲空間內運行;
提供統一的應用程序接口,簡化應用程序的開發;
實現模塊間的解耦合,不同模塊可以靈活組合和拆卸;
具備優異的實時性,可以應用于各類實時控制場景;
系統可靠穩定,能夠無人值守獨立運行,及時處理各種事件與故障。
1.2 嵌入式知識結構
嵌入式系統分為四層結構，分別為：硬件層、驅動層、操作系統層和應用層。
硬件層：
包括處理器、存儲器、微控制器、I/O、DAC ADC、電源、總線、定時器 計數器等等。此外根據不同的應用場景，嵌入式硬件會集成不同的傳感器，例如攝像頭、雷達、GPS等等。
基于ARM平臺的設計開發（Cortex-A8/Cortex-A9/Cortex-A53/Cortex-M系列等）
基于TI DSP平臺的設計開發（2000/5000/6000系列、DM6446/DM6447 達芬奇系列）
基于FPGA 平臺的設計開發（Altere/Xilinx 系列）
驅動層：
基于Linux操作系統的Bootloader、平臺支持代碼、各類設備驅動
基于 Windows CE/Mobil/phone 平臺的驅動定制、開發
Cortex-M系列的uC/OS、FreeRTOS
VxWorks BSP 開發
操作系統層：
Linux 內核開發（內存管理、文件系統、進程管理、進程通信、電源管理、實時性改進等）
Android框架層開發
應用層：
Android應用開發
QT/E的應用與開發
VxWorks 應用開發
IOS應用開發
Windows CE應用開發
1.3嵌入式技術與應用專業人才培養
本專業培養面向軟件和信息技術服務業的嵌入式系統設計工程技術人員、軟件和信息技術服務人員等職業群，能夠從事智能終端、物聯網等嵌入式系統應用開發、測試、集成、技術支持與維護等工作的高素質技術技能人才。
掌握以下知識：
(1)掌握必備的思想政治理論、科學文化基礎知識和中華優秀傳統文化知識。
(2)熟悉與本專業相關的法律法規以及環境保護、安全消防、文明生產等知識。
(3 )掌握數模電路基礎及常用傳感器基本原理。
(4)掌握計算機程序設計基礎。
(5)熟悉單片機、ARM系統結構基本原理。
(6)熟悉嵌入式操作系統基本原理。
(7 )掌握物聯網技術原理。
(8)掌握Android應用程序開發基本原理。
(9)掌握嵌入式系統應用開發基本原理。
具備以下能力：
(1 )具有探究學習、終身學習、分析問題和解決問題的能力。
(2)具有良好的語言、文字表達能力和溝通能力。
(3)具有良好的文檔策劃、編寫及圖像處理能力。
(4)具有計算機語言程序編程能力。
(5)具有單片機系統設計與開發能力。
(6 )具有Android應用程序開發能力。
(7 )具有嵌入式應用軟件測試及撰寫測試報告能力。
(8)具有移動智能終端產品開發及測試能力。
(9)具有嵌入式系統應用開發能力。
(10)具有嵌入式系統集成、技術支持及維護能力。
(11)具有綜合應用專業知識進行創新創業的能力。
DB-STM32 嵌入式單片機實驗箱
一、概述嵌入式單片機實驗箱基于STM32單片機，從單片機實驗教學的特點出發，基礎功能實驗電路采用一體化設計方式，創新拓展型實驗電路采用獨立模塊方式，需要時接入主板，既兼顧演示驗證性實驗、又考慮到綜合設計和創新研究性實驗的需要。嵌入式單片機實驗箱主板上自帶CPU編程下載接口，是一款靈活性極強的集編程下載調試與一體的新型單片機實驗教學平臺，適合各層次學生進行單片機原理和應用方面的實驗和創新。
1、完整的實驗指導
專門針對此實驗箱編制詳細的實驗指導書，相信您有了專業的單片機開發板和詳細的指導書，會迅速掌握好單片機技術，一定能快速入門，達到事半功倍的效果。
功能模塊完全獨立
根據我們多年來的開發經驗，和取聽廣大用戶的建議，此款開發板采用最新理念——各功能模塊完全獨立，互不干擾，減小初學者編程誤區。板載豐富的實驗硬件資源和接口，并對外全部開放I/O口，既可簡單的使用短路帽進行默認的資源連接（方便初學者直接使用），也可以取下短路帽后采用杜邦線連接單片機的任意I/O口線，輕松搭建自己的電路。配合本公司精心編寫的大量C語言實驗例程，可使用戶快速掌握單片機原理及其實用接口技術。同時可加強初學者對主板硬件電路的認識，盡快熟悉硬件電路。
支持多種CPU開發實驗
標配STM32F103VET6核心板，根據客戶需求可以選配其它單片機核心板，從而實現對各種CPU芯片的支持擴展。
四、詳細硬件配置
4.1 實驗箱底板
4.1.1單色流水燈模塊：8 個高亮綠色LED 燈
4.1.2 雙色流水燈模塊：6 個高亮LED燈，紅黃綠三種顏色
4.1.3 雙色LED燈模塊：紅綠雙色LED 燈
4.1.4 8 位數碼管模塊：2 個四位一體共陽極數碼管，2個74HC595 驅動芯片
4.1.5 1 位數碼管模塊：1 個 8 段數碼管，共陽極，0.56 英寸
4.1.6 紅綠雙色點陣模塊：3 個74HC595 驅動芯片，一個紅綠雙色點陣顯示屏
4.1.7 LCD1602 液晶屏模塊：標準 LCD1602 液晶屏接口，1 個帶背光的 LCD1602 液晶屏
4.1.8 LCD12864 液晶屏模塊：標準LCD12864 液晶屏接口，支持串行、并行液晶屏
4.1.9 OLED 顯示模塊：0.96 寸 OLED 液晶屏，128*64 顯示
4.1.10 TFT 彩屏模塊：彩屏接口支持8 位、16 位TFT ，支持觸摸屏控制，帶背光開關配套 2.8 寸彩屏，帶觸屏功能，262K 色，8 位數據端
4.1.11 8 個獨立按鍵：8 個獨立按鍵，帶上拉電阻
4.1.12 4X4 矩陣鍵盤：4行4列矩陣鍵盤，帶上拉電阻
4.1.13 五向搖桿：一個五向搖桿，具有上、下、左、右、中五個方向
4.1.14 蜂鳴器模塊：無源蜂鳴器
4.1.15 DS1302 時鐘模塊：DS1302 芯片，模塊帶后背電池座
4.2 傳感器模塊
4.2.1 兩路DS18B20 模塊：兩路 DS18B20 溫度傳感器接口
4.2.2 光敏傳感器模塊：集成 LM393 比較器，基準電壓可調電阻、模擬量輸出接口、數字量輸出接口、模擬量指示LED燈，支持光敏二極管、光敏電阻等光電開關器件
4.2.3 火焰傳感器模塊：集成 LM393 比較器，基準電壓可調電阻、模擬量輸出接口、數字量輸出接口、模擬量指示LED 燈，支持火焰傳感器
4.2.4霍爾傳感器模塊：集成 LM393 比較器，基準電壓可調電阻、模擬量輸出接口、數字量輸出接口、模擬量指示LED 燈，支持霍爾傳感器
4.3 電器控制模塊
4.3.1路直流電機接口：ULN2003 驅動芯片。一路可調速直流電機接口； 一路可調速、可調向雙功能電機接口
4.3.2 2路步進電機接口：2 個ULN2003驅動芯片。兩個標準5線4相步進電機接口
4.3.3 2路繼電器：ULN2003 驅動芯片，兩個5V 繼電器，兩個3P 接線端子
4.4 數據傳輸、存儲模塊
4.4.1 2路串口：SP3232 芯片，SOP16 封裝，+3.0v-+5V 工作電壓，公頭串口座一個，母頭串口座一個，狀態指示燈4 個
4.4.2 AT24C02 存儲模塊：AT24C02 芯片，SOP8 封裝
4.4.3 模擬量輸入模塊：0V-5V 輸入可調，0R-10K 電阻值可調
4.4.4 串轉并模塊：74HC164 芯片，SOP14 封裝
4.4.5 并轉串模塊：74HC165 芯片,SOP16 封裝
4.4.6 SD 卡模塊：標準SD卡卡槽，SPI 控制，4-bit 傳輸模式
4.4.7 MAX485 模塊：MAX485 芯片，1 組 2P 接線端子輸出，1 組插針輸出。
4.4.8 紅外發射模塊：紅外發射二極管
4.4.9 紅外接收模塊：HX838 紅外一體化接收頭
4.4.10 PCF8591 AD/DA 模塊：PCF8591 芯片，4路模擬量輸入，1 路模擬量輸出，IIC通信。
4.4.11 鎖存器模塊：74HC573 鎖存芯片，兼容標準CMOS
4.4.12 三八譯碼器：74LS138 芯片，TTL 電平
4.4.13 核心板擴展接口：接口插座29P 兩排，IO 擴展插針 28P 兩排
4.5 電源模塊
4.5.1 3V3 電源電路：LM1117-3V3 穩壓芯片
4.5.2 1V8 電源模塊：LM1117-1V8 穩壓芯片
4.5.3 電源引出：GND/5V/3V3/1V8 電源各一組，每組 6 路引出
4.5.4 模塊名稱：USB 接口，mini USB,A 型母頭，D+ ，D-
4.5.5 自恢復保險絲：斷開電流300ma
4.6 機箱
4.6.1堅固型鋁合金框架，厚實的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×120mm
4.6.2有70mm×350mm 的零配件存放區。
五、的實驗項目
5.1基礎實驗
跑馬燈、流水燈實驗
彩色流水燈、交通燈實驗
紅、綠兩種顏色顯示
電子鐘顯示、數碼管多位顯示、74HC595 驅動等實驗
1 位數碼管顯示實驗
可以做雙色點陣屏顯示實驗，滾動、靜態顯示字符、漢字符號等
LCD1602 液晶屏顯示實驗，可以顯示字符、數字等
LCD12864 液晶屏顯示實驗，可以顯示漢字、字符、數字
OLED 顯示實驗，可以顯示 4 行漢字，可以顯示圖片
TFT 彩屏圖像、文字顯示。可以做人機交互界面實驗
按鍵控制、外部中斷等實驗
矩陣鍵盤實驗，可用作控制、教學實驗等
可以用作游戲控制桿、實現獨立按鍵等功能
音樂播放、報警提示等
電子表、萬年歷實驗
5.2 傳感器實驗
溫度測量
光電開關實驗
火災報警、火焰檢測等實驗
測速、電磁檢測等實驗
5.3電器控制實驗
直流電機調速、調向的驅動實驗
步進電機調速、調向、調角度的驅動實驗
繼電器控制實驗
5.4 數據傳輸、存儲模塊功能
串口通信，TTL 轉 RS-232 實驗
外部存儲、IIC 總線學習
串行轉并行實驗，可以擴展IO
并行數據轉串行的實驗
SD 卡的讀寫、文件系統的學習實驗。
配合多組 485 模塊，可以進行 485 通訊實驗
可以發射不同載波頻率的紅外信號
紅外接收解碼實驗
AD/DA 兩種轉換
8 位數據鎖存實驗，可以做 CPU 與外圍模塊的驅動、緩沖模塊
可以 IO 擴展，學習譯碼實驗
5.5 工業組態軟件MCGS編程實驗
5.6 工業組態軟件MCGS在單片機控制中的應用實驗
1）步進電機控制實驗_總線控制
2）直流電機控制實驗_總線控制
3）工業順序控制實驗_位控制
4）數據采集實驗_總線控制
5）數據采集實驗_總線控制
6）數字電壓表實驗
7）液體混合控制實驗
8）交通燈控制實驗
5.7工業組態軟件和微控制器的接口編程實驗
六、實驗箱配置表
| 序號 | 名稱 | 說明 | 數量 |
| 1 | 嵌入式單片機實驗箱 | 含箱體、電源、STM32核心系統、實驗模塊電路。 | 1套 |
| 2 | 杜邦排線 | 8芯30cm | 4根 |
| 3 | 杜邦排線 | 5芯30cm | 3根 |
| 4 | 單根杜邦 | 40cm | 10根 |
| 5 | XH2.54排線 | 5芯12cm | 1根 |
| 6 | RS232串口通信線（2、3直通） | 1.5m（下載線） | 1根 |
| 7 | 交流電源線 | 1.5m | 1根 |
| 8 | 遙控器 | 1個 | |
| 9 | RS232串口通信線（2、3交叉） | 1.5m（配示波器模塊時要的示波器通信線） | 1根 |
| 10 | 配套軟件 | KEIL C 軟件和組態軟件各一張 | 1套 |
| 11 | 實驗指導書 | 1本 |
