图四 “基于ARM实验箱的嵌入式电能表综合实验”硬件组成结构图 3) 建立了面向三个层次的本科生的嵌入式实验教学体系，教学内容分基础实验、综合实验和扩展实验三个层次，供不同程度和能力的学生选择。基础部分的实验是最终综合实验的一个个相对独立的组成部分，完成基础实验后最终再将他们有选择的综合起来，就是一个具体基于ARM的嵌入式应用系统的综合实验。有能力和兴趣的同学还可以继续做扩展实验，开阔视野。 4) 申请了北航教改项目一项：“《基于ARM10的嵌入式实验体系研究与实践》一项，获得学校经费支持5千元，该教改项目已经于今年四月份顺利结题，得到了学院的好评。 5) 独立编写了《基于ARM的嵌入式电能表硬件接口电路实验指导书》一本，见附录一。 6) 在国际会议IEEE-ICIEA 2009上宣读电能表硬件电路设计研制论文一篇：“Design of an ARM-based power meter having WIFI wireless communication module”，该论文已被EI收录，收录号20094012351252。该论文见附录二 。 7) 制定了面向三个层次本科生的相关教学大纲和教学计划一份，见附录三。 8) 编写了项目总结报告一份，见附录四。 9) 编写了配套课件PPT和教学日历各一份，并申请开通了公共邮箱一个“qrsh2010@126.com”，供学生共享和下载参考资源。 6
1.3 课程教学目标及实验内容简介 1.3.1课程教学目标： 本课程是一门基于ARM嵌入式应用系统的实验课程，旨在为学生提供一个面向实际工程应用，自主学习、动手的平台。通过这门课的学习，学生从建立嵌入式开发环境，嵌入式硬件系统结构的了解和设计，PCB电路板的设计和制作，驱动的编写，硬件软件的调试，到最终一个嵌入式应用系统的完成，能较大的提高学生的动手能力和完成实际工程项目的能力，开阔视野，为今后学生进行毕业设计、参加各种电子竞赛、找工作或进一步深造等提供必备的基础知识和实际工程经验。 1.3.2教学内容及基本要求： 教学内容分基础实验、综合实验和扩展实验三个层次，供不同程度和能力的学生选择。基础部分的实验是最终综合实验的一个个相对独立的组成部分，完成基础实验后最终再将他们有选择的综合起来，就是一个具体基于ARM的电能表的综合实验。有能力和兴趣的同学还可以继续做扩展实验，开阔视野。 ? 基础实验 实验一：GPIO口控制实验 目的：①熟悉嵌入式集成开发环境以及相关配置。 ②学习如何来控制一个IO口的电平或者说如何用GPIO口发出一段控制指令。 要求：通过对GPIO口电路的学习学会编写一个驱动通过GPIO 端口来控制LED的亮灭 实验二：LED数码管显示实验 目的：①学习数码管接口电路的原理 ②学习如何控制数码管的显示 要求：实现系统对LED数码管驱动，使LED数码管循环显示设置的相应数字。 实验三：矩阵键盘实验 目的：① 学习4*6矩阵键盘接口电路的原理 ② 通过矩阵扫描的原理学习学会矩阵键盘的控制 要求：控制接口电路，使之接收按下的键，并把它对应的键值显示在终端上。 实验四：PCB电路图的设计制作实验 7
目的：学习Protel 绘制复杂系统电路图的方法 要求：利用Protel 绘制核心板的接口电路图 实验五：触摸屏实验 目的：①学习触摸屏接口电路的原理 ②学会触摸屏的控制方法。 要求：控制触摸屏使之获得触摸笔的触点坐标。 实验六：LED点阵实验 目的：①学习8×8LED点阵接口电路的原理 ②学会LED点阵的控制方法。 要求：学会通过控制集电极开路门驱动器7407控制总线，CPU通过总线操作来完成对每一个LED的亮暗控制。 ? 综合实验 实验七： 数字电能表扩展接口电路板的设计和制作实验 目的：① 学习如何设计和制作电能表扩展接口电路板，能独立完成ARM系统的硬件接口电路板开发； ② 学习如何将元件焊接到电路板上并硬件调试成功 ③ 学习电能计量的原理和电能计量芯片CS5460的使用方法 要求：设计并制作基于ARM实验箱的电能表扩展接口电路板，使之能与ARM实验箱的扩展接口相连，并硬件调试成功。 注：最终完成的电能表接口电路板实物见图一 实验八： 基于ARM实验箱的电能表系统综合实验 目的：① 学习和掌握ARM嵌入式应用系统的结构设计和开发过程； ② 通过前面基础实验和实验九的学习，将他们综合起来，学习如何搭建一个基于ARM实验箱的电能表应用综合实验。 ③ 学习和掌握ARM嵌入式系统硬件和软件的综合调试过程。 要求：在PXA270实验箱的基础上，完成基于ARM的电子式电能表系统的综合实验，将实验九制作的接口电路板连接到实验箱上，一起搭建一个综合的电能表应用实验。包括电能表系统的硬件和软件。设计的电子式电能表系统应具有以下几个功能模块：核心处理器模块、电能计量模块、存储模块、显示模块、键盘控制模块和通讯模块 8
等。最终搭建一个能显示、能设置、能测量的基于ARM的电能表系统。 注：最终完成的基于ARM实验箱的电能表系统实物见图二 ? 扩展实验 实验九：RF卡读写实验 目的：①学习RF卡扩展模块接口电路的原理 ②学习RF卡信息的读取和写入。 要求：利用RF卡扩展模块开发系统，完成对卡的读写等操作。 实验十：GPS实验 目的：① 学习GPS模块的硬件接口电路 ② 掌握GPS基本概念，接收GPS模块信息 要求：利用GPS扩展模块开发实现读取显示GPS数据功能。 实验十一：GSM/GPRS实验 目的：① 学习GSM/GPRS模块的硬件接口电路 ② 掌握GPS基本概念，学习通过AT 命令对GSM/GPRS模块进行控制。 ③ 熟悉串口控制，学会串行程序设计方法。 要求：利用GPS扩展模块开发实现拨打、接收电话测试；发送接收短信息。 1.3.3教学计划： 采取俩人一组，每次4学时，共9次课。 教学内容分基础实验、综合实验和扩展实验三个层次，供不同程度和能力的学生选择。基础实验是综合实验的基础，二者均为必做内容，扩展实验是有能力的学生进行选作。 基础部分的实验是最终综合实验的一个个相对独立的组成部分，完成基础实验后最终再将他们有选择的综合起来，就是一个具体基于ARM的电能表的综合实验。有能力和兴趣的同学还可以继续做扩展实验，开阔视野。 ARM基础知识和开发环境介绍（讲2学时 授） 基础目的：基础部分的实验实验：是最终综合实验的一实验一 ：GPIO口控制实验 4学时 （12个个相对独立的组成实验二：LED数码管显示实验 部分，为下一步将它们 9
学时） 综合起来完成综合实实验三：矩阵键盘实验 4学时 验打基础。 实验四：PCB电路图的设计制作实验 实验五：触摸屏实验 实验六：LED点阵实验 综合实验：（24学时） 目的：完成基础实验和实验七后，将他们有选择的综合起来，完成最终的基于ARM的电能表的综合实验。每学期选出硬件设计最好的一组进行制板，焊接元器件，通过学生自己设计的硬件接口板与实验箱一起完成一个具体的ARM应用系统综合实验。 实验七： 数字电能表扩展接口电路板12学时 的设计和制作实验 2学时 实验八：基于ARM实验箱的电能表系10-12学时 统综合实验 扩展目的：为有能力的同学实验十、十一、十二中任选一两个做2学时（选实验： 进一步开阔视野做选扩展实验 作） 选作作实验 内容 学生必须完成基础实验中的必做内容，最终要完成综合实验，鼓励有能力的同学完成自己感兴趣的扩展实验。 1.4 “基于ARM实验箱的嵌入式电能表综合实验” 系统的组成及实验内容概述 1) 在PXA270实验箱的基础上，完成嵌入式电能表系统的开发，包括电能表系统的硬件接口电路板和软件。该电能表系统应具备如下功能：可以完成电力线电压有效值、电流有效值、功率和电能等电力数据的计量，并应具备一定的精确度；各个电力数据的存储，保证电能表系统断电的情况下，所测量的各项历史数据（主要是电能累计值数据）不丢失，以便电能的统计计算；通过键盘控制，可实现各个电力参数值的显示和对电能表系统进行操作功能选择。 2) 设计的嵌入式电能表系统应具有以下几个功能模块：核心处理器模块、电能计量模块、存储模块、显示模块、键盘控制模块和无线通讯模块（可选）。系统硬件原理框图如图四所示。
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