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《智能仪器设计技术》教学大纲
一、课程基本信息智能仪器设计技术课程名称Technology oTIntel1igent InstrumentDesign课程编码CTL422611020开课院部控制科学与工程学院课程团队测控仪器学分
2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时32适用专业测控技术与仪器授课语言中文先修课程工程制图、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理、传感器与检测技术(2T)、精g制机械设计本课程是测控技术与仪器专业的一门必修课本课程要求学生熟悉仪器基本特征,识别并描述智能仪器设计时的关键模块;通晓智能仪器机械设计及人机工程学一般知识;掌握以STM32微处理器为核心的系统设计方法;明晰输入馀出通道.人机接口、数字通信接口等电路设计规则和编程技术;熟知智能化仪表的抗干扰技术和监控程序功能及设计方法本课程强调课外实辑和课内讨论环节,课外若重开展基于微处理器的功能性模型实轴研究;课内针对具体智能仪器设计实例进行充分交流,使学生掌握仪器实际设计过程中所涉及的具体方法与技巧,具备智能仪器的初步设计能力;对仪器各组成单元的基本工作原理、性^指标以及它们在整体仪器中的作用形成明确认识,具有解决现代仪器设计开发过程中实际问题的专业基础水平.This isa compulsorycourse forstudents whomajor inmeasurementcontrol technologyand instrument.After learningthis course,students willbo fami1iar withthe basicfeatures of instruments,can recognizeand describekey modulesduring课程简介(必the processof instrumentdesign,have acomprehensive knowledgeon themechanical designand humanmachineinterTace design修)of intel1igent instruments.Students canmaster thesystem designmethod busedon STM32MCI,,such asinput andoutput channels,human-machine interfacetdigital communicationinterface,and soon.This courseemphasizes theimportance ofoff-class experiments,and in-class discussions.Students arerequired tomake experimentson STM32developing bwdafter class,and arerequired loexchange ideason howto designi realinstrument.Th€*refore,students canmaster dctailedmethods andski1Is involvedin thedesign process,and acquirebasic abi1ities indesigning intel1igent instruments.Students canform aclear understandingof basicworking principlesofinstrumentcomponents»performance andfunctions in the overallinstrument,thus gainprofessional skillsof solvingpractical problemsinthedesigning ofmodern instruments.负责人大纲执笔人审核人二课程目标毕业要习R指标点序号代号课程目标OBE任务自选目标1掌握本专业所需的数学、工程基础和专业知识.并能将相关知识用于复杂仪器系统的设计与综1Ml是
1.4合2M2目标2掌握智能仪器基本概念,熟悉智能仪器目标3针对具体的仪器设计要求,能够给出多种硬件和软件解决方案.通过分析对比确定合适的方3M3是
3.2案,并体现一定的创新意识目标4掌握以STM32微处理器为核心的智能仪器设计方法,能熟练使用电路设计和仿真软件,能熟练4Ml是
5.2使用STM32微处理器软件开发工具软件,并熟悉程序设计和调试方法目标5针对智能仪器设计,能熟练使用机械建模软件、电路设计和仿真软件.对复杂问题进行预测和5M5是
5.4模拟,并能理解其局限性目标6能组建团队完成一个仪耕设计项目,小组成员之间分工明确,能够完成自身的任务,培养团6M6是
9.2结合作精神.目标7了解智能仪器发展现状及趋势,具有自主学习能力,能够适应和理解测控技术与仪器领域新7M7是
12.2技术或设备的发展三课程内容支撑课程课内课外序号量节号标题课程内容/更难点教学方式课外环节目标学时学时第一至仪器设计技1第1章本章重点难点仪耨设计要求、设计步骤及模块化设计思想////术概论
1.1仪器的构成及仪器概念,信息与仪器,现代仪器设计技术的研究现状与发展趋M1,M
2.M72i.11讲授1自学其特点势
1.2仪器设计的基仪器,总体设计要求,设计依托原理.设计任务分析.设计原贝M
1.M
2.M
31.21讲授1自学本要求及一般步骤IJ,技术指标及模块化设计思想7笫二今人机工程学4第二章人机特性及人一机关系,CreO三维机械结构造型基本方法/////设计基础
2.1人机工程学主人特性、机特性、环境特性的研究.人一机、人一机一环的关系
52.1M
3.M51讲授/讨论1自学要研究内容
2.2人机工程学主观察法、实测法、实验法、计算机数值仿真法、分析法、调查研M2,M
3.M
62.21讲授/讨论1自学要研究方法究法
52.3仪器机械结构M2,M3,M
72.3计算机辆助设计方计算机辅助设计.CroO设计软件,装配基础知识、基本造型方法2讲授/讨论4作业5法第三至基于STM32本章重点难点SN32kW开发工具软件的使用,常用外设的接口电8第三章的智能仪器设计基/////路和软件编程础各种单片机、DSP、ARM处理器功能特点和适用场景,特别是STM
323.1嵌入式处理器M2,M3,M
93.1系列处理器的分类和应用场景.STM32F I处理器基本结构和功1讲授/讨论1自学概述5,M7能,开发板的功能
3.2STM32软件开各种STM32开发IDE工具软件的对比,STM32CubeMX和STM32Cube M
3.Ml.M
103.22讲授2自学发环境的基本使用【DE软件的特点和基本使用
53.3中断系统和外STH32F4的中断向昆表NVIC的结构,中断处理的一般流程外部M3,M4,M
113.32讲授2自学部中断中断EXTI的功能和使用
53.4网C接口与FSHC接口功能.与TFT LCD的接口原理和初始化配置LCD驱动M3,M4,M
123.42讲授2自学TFT LCD驱动程序的使用5三类定时器的功能特点和基本结构.定时器的定时、输出的原理M3,M4,M
133.
53.5定时器2讲授/讨论2自学/作业和使用
5.M614Err作业1定时器输出I+M波控制蜂鸣器,灵活改变PWM波频率.演奏乐谱/////RTC结构原理.RTC的周期唤醒、闹钟、入侵检测等工作模式的原M
3.Ml.M
153.
63.6实时时钟RTC1讲授1自学理和使用.
53.7UART接口和UART通讯原理和编程方法,串口通讯协议的设计原理,的原理,M3,M
4.M
163.72讲授2自学DMA UART使用DVA通讯的原理.5片上ADC功能特点、参数设置和编程方法轮询、中断、DMA模M
3.Ml.M
173.
83.8ADC数据采集2讲授2自学式的ADC数据采集方法5SPI接口原理、参数设置和编程方法SPI接口的Flash存储芯M3,M4,M
183.
93.9SPI接口2讲授2自学片的驱动程序原理和使用“512c接口原理、参数配置和编程方法EEPR0H存储器24C02的电M3,Ml,M
193.
103.1012c接口2讲授/讨论2自学/作业路接口、通讯协议和编程使用方法5,M6针对开发板上的YN6050传感器.研究其接口和通讯协议,编程实20Err作业2/////现MPU6050数据的采集与显示STM32F4的三种低功耗模式的特点和使用.STM32CubeMX中功耗分M3,M4,M
213.
113.11低功耗设计2讲授2自学析工具的使用5第四章智能仪器的22第四章本箪重点难点形成干扰的三个条件,抑制干扰的常用措施////抗干扰技术
4.1干扰的来源和干扰的来源及其传输途径,干扰信号的辖合方式,差模干扰和共
234.I Ml,M21讲授/讨论I自学特点模干扰
244.
24.2抗干扰技术常用的抑制干扰措施.Ml,M21讲授/讨论1自学第五去监控程序功25第五章本章重点难点监控程序的功能和组成/////能及设计方法监控程序的功能和组成,监控主程序和初始化管理,键盘管理的M3,M5,M
265.
15.1监控程序设计2讲授/讨论2自学多种方式,显示、中断与时钟管理以及硬件故障的自检7第六章仪器设计研本章重点设计仪器的基本方法、设计仪器的一般思路本章难27第六章/////讨专题点设计仪器的一般思路M3,M4,M
286.
16.1项目讨论从学生仪器开发项目中选择广2个实例进行专题研讨2讲授/讨论4报告
5.M6
四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比
1.根据教学内容布置2-3个编程任务作业1平时作业25%
2.成绩采用百分制.根据程序质量、报告质量评、以及是否及时独立完成等评分
3.考核学生对STM32开发编程的掌握情况,学生要综合应用所学的知识和工具软件开发程序.并在开发板上测试通过
1.本课程要求学生分组开展设计类实验;给出针对某一智能仪器的设计方案(包括硬件、软件和实验)2大作业30%
2.根据设计报告评分
1.闭卷考试,成绩采用百分制,卷面成绩总分100分3期末考试
3.主要考核学生对智能仪器设计基本知识的掌握能力以及学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力,题型主要有40%简答题和论述题等.4考勤随机点名、刷卡点名等5%
五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级A-需求及功能分析完整;器件选型及电路设计正确,仪器性能指标明确;功能骗证实验设计合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图美观规范B-需求及功能分析较完整;漏件选型及电路设计蛟正确;仪器性能指标较明瑞;功能蛤证实验设计较合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图基本规范;1Ml大作业40%c-需求及功能分析基本完整;器件选型及电路设计基本正确,仪器性能指标基本明确;功能验证实脸设计基本合理;有机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图;卜需求及功能分析基本不完整;器件选型及电路设计不正确;仪器性能指标不明确;功能验证实皴设计不合理;缺少机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图.2Ml期末考试60%(见试卷评分标准)A-独立思考、按时完成,程序运行结果正确“设计思路清晰简洁,报告内容详尽,格式合理;B-独立思考、按时完成,程序运行结果正确.程序设计不够优化,报告内容比较全面,格式合理3M2平时作业20%C-按时完成,程序运行结果正确,设计思路基本正确,报告内容基本完整D-作业抄袭.未能按时完成,程序设计思路混乱,报告内容不完整,格式混乱;A-需求及功能分析完整;器件选型及电路设计正确,仪器性能指标明确;功能脸证实验设计合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图美观规范;B-需求及功能分析较完整;器件选型及电路设计姣正确;仪器性能指标较明瑞;功能险证实验设计较合理;4M2大作业30%机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图基本规范;c-需求及功能分析基本完整;器件选型及电路设计基本正确,仪器性能指标基本明确;功能验证实验设计基本合理;有机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图D-需求及功能分析基本不完整;器件选型及电路设计不正确;仪赤性能指标不明确;功能验证实脸设计不合理;抉少机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图.5M2期末考试50%(见试卷评分标准),卜独立思考、按时完成,程序运行结果正确.设计思路清晰简洁,报告内容详尽,格式合理;B-独立思考、按时完成,程序运行结果正确程序设计不够优化,报告内容比较全面,格式合理6M3平时作业20%Q按时完成、程序运行结果正确.设计思路基本正确.报告内容基本完整n作业抄袭.未能按时完成.程序设计思路混乱.报告内容不完整,格式混乱A-需求及功能分析完整;器件选型及电路设计正确;仪器性能指标明确;功能盼证实验设计合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图美观规范;B-需求及功能分析较完整;器件选型及电路设计较正璃,仪器性能指标较明确;功能验证实验设计较合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图基本规范7M3大作业30%c-需求及功能分析基本完整;器件选型及电路设计基本正确;仪器性能指标基本明确;功能验证实验设计基本合理;有机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图;D-需求及功能分析基本不完整;器件选型及电路设计不正确;仪器性能指标不明确;功能给证实验设计不合理;缺少机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图.8M3期末考试50%(见试卷评分标准)A-独立思考、按时完成,程序运行结果正确.设计思路清晰简洁,报告内容详尽,格式合理B-独立思考、按时完成,程序运行结果正确程序设计不够优化,报告内容比较全面,格式合理9M4平时作业20%c-按时完成、程序运行结果正确,设计思路基本正确、报告内容基本完整D-作业抄袭.未能按时完成.程序设计思路混乱.报告内容不完整,格式混乱,卜需求及功能分析完整;器件选型及电路设计正确;仪器性能指标明确;功能验证实验设计合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图美观规范;B需求及功能分析较完整;器件选型及电路设计蛟正确;仪器性能指标蛟明确;功能验证实验设计较合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图基本规范10M4大作业30%»需求及功能分析基本完整;器件选型及电路设计基本正确;仪器性能指标基本明确;功能验证实聆设计基本合理;有机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图;D-需求及功能分析基本不完整;翳件选型及电路设计不正确;仪器性能指标不明确;功能给证实脸设计不合理;缺少机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图.11M4期末考试50%(见试卷评分标准)A-独立思考、按时完成,程序运行结果正确.设计思路清晰简洁,报告内容详尽,格式合理;B-独立思考、按时完成,程序运行结果正确.程序设计不够优化,报告内容比较全面,格式合理12M5平时作业20%c-按时完成.程序运行结果正确.设计思路基本正确.报告内容基本完整D-作业抄袭.未能按时完成.程序设计思路混乱,报告内容不完整,格式混乱,卜需求及功能分析完整;俺件选型及电路设计正确;仪器性能指标明确;功能险证实验设计合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图美观规范B-需求及功能分析较完整;器件选型及电路设计较正弱,仪器性能指标较明确;功能验证实验设计较合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图基本规范;13M5大作业30%c-需求及功能分析基本完整;器件选型及电路设计基本正确;仪器性能指标基本明确;功能聆证实险设计基本合理;有机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图;D-需求及功能分析基本不完整,耨件选型及电路设计不正确,仪器性能指标不明确;功能验证实险设计不合理;缺少机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图.14M5期末考试50%(见试卷评分标准),卜需求及功能分析完整;器件选型及电路设计正确,仪器性能指标明确;功能验证实验设计合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图美观规范;B需求及功^分析较完整;器件选型及电路设计较正确;仪器性能指标较明确;功能验证实哈设计较合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图基本规范;15M6大作业100%c-需求及功能分析基本完整;器件选型及电路设计基本正确;仪器性能指标基本明确;功能哙证实哈设计基本合理;有机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图;D-需求及功能分析基本不完整;翳件选型及电路设计不正确;仪器性能指标不明确;功能验证实骏设计不合理;缺少机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图.A-需求及功能分析完整;器件选型及电路设计正确;仪器性能指标明确;功能验证实验设计合理;机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图美观规范B需求及功能分析较完整;器件选型及电路设计蛟正确;仪器性能指标蛟明确;功能蛤证实睑设计较合理;机16M7大作业100%械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图基本规范c-需求及功能分析基本完整;器件选型及电路设计基本正确;仪器性能指标基本明确;功能验证实辑设计基本合理;有机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图;D-需求及功能分析基本不完整;器件选型及电路设计不正确;仪赤性能指标不明确;功能验证实脸设计不合理;抉少机械设计图(2D或3D)、电路结构框图和软件流程图.A-全勤;B-缺勤1次17/考勤100%C-缺勤2-3次D-缺勤3次以上评分等级说明;[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];
六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书《测控仪器设计》(第3版),浦昭邦,机械工业出版社,2016,1SBN:
9787111481447.(*主教材)2图书《智能仪器设计基础》(第2版),史健芳,电子工业出版社,2012,ISBN:
9787121179488.3图书《STV32库开发实战指南-基于STM32F4》,刘火良,机械工业出版社,2017,ISBN:
9787512423923.4图书《STV32F7原理及应用HA【•库版》,张洋,北京航空航天大学出版社,2017,ISBX:
9787512423923.。