Arduino技术及应用-教学大纲.docx

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****大学本科生课程教学大纲

《Arduino技术及应用》教学大纲

课程中文名称：

Arduino技术及应用

课程英文名称：

TheTechnologyandApplicationofArduino

课程编号：

********

学分：

3.0 总学时：

48 实验学时：

8 上机学时：

开课学期：

4

适用专业：

物联网工程、软件工程、电气工程、计算机应用、电子信息等专业

先修课程：

电路与电子技术、模拟与数字电子技术、程序设计技术、面向对象程序设计基础后续课程：

传感器与射频识别技术、嵌入式操作系统、物联网技术与应用、企业定制课程开课单位：

****学院

一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，即专业人才培养目

标中的知识、能力和素质）

1.本课程所支撑的毕业要求

毕业要求指标1.6 掌握Arduino相关的专业基础理论知识，并能用于解决物联网中感知层相关的复杂工程问题。

毕业要求指标3.2掌握物联网工程感知层涉及的相关知识、技能、方法和行业规范、标准，了解社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对Arduino开发的影响。

毕业要求指标3.6能对物联网工程特定需求进行感知层模块的设计与实现，并能在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

毕业要求指标4.2能够运用Arduino开源控制器进行物联网系统开发，对物联网体系架构、硬件（设备）接口技术等工作原理及复杂工程进行研究和实验验证。

2.课程性质与要求：

Arduino技术及应用是**专业的专业必修课程。

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。

包含硬件（各种型号的

Arduino板）和软件（ArduinoIDE）。

Arduino简单的开发方式使得开发者更关注于创意与实现，更快地完成自己的项目开发，大大节约学习的成本，缩短开发的周期。

如今它已成为了学习微控制器的首选，并且在全球智能化以及物联网快速发展的大背景下，将迎来学习它的新热潮。

通过本课程学习，学生可以了解Arduino技术基本概念和基本知识，掌握

Arduino软硬件设计的基本方法。

本课程的特点是针对迄今为止使用最广泛的Arduino

UNO开发板与ArduinoIDE开发环境进行详细剖析，并结合具体Arduino开发实验，使学

生能够熟练掌握Arduino的设计与开发方法。

本课程采用讲课和实验相结合的方式，注重培养学生的实际应用能力与创新能力，以达到“学习Arduino，使用Arduino”的教学目的。

3.教学目标：

掌握Arduino相关的专业基础理论知识，并能用于解决物联网中感知层相关的复杂工程问题。

掌握物联网工程感知层涉及的相关知识、技能、方法和行业规范、标准，了解社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对Arduino开发的影响。

能对物联网工程特

定需求进行感知层模块的设计与实现，并能在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

能够运用Arduino开源控制器进行物联网系统开发，对物联网体系架构、硬件（设备）接口技术等工作原理及复杂工程进行研究和实验验证。

（对应毕业要求：

1.6、3.2、3.6、4.2）

教学目标分解如下：

1.掌握Arduino相关的专业基础理论知识，并能用于解决物联网中感知层相关的复杂工程问题。

重点掌握Arduino软硬件基础、语言基础、函数基础。

（对应毕业要求：

1.6）

2.掌握物联网工程感知层涉及的相关知识、技能、方法和行业规范、标准，了解社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对Arduino开发的影响。

重点掌握Arduino类库使用及编写、I/O接口及软硬件串口通信协议应用。

（对应毕业要求：

3.2）

4．能对物联网工程特定需求进行感知层模块的设计与实现，并能在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

重点掌握Arduino高级通信接口类库的具体应用、数据存储以及读写操作。

（对应毕业要求：

3.6）

4.能够运用Arduino开源控制器进行物联网系统开发，对物联网体系架构、硬件（设备）接口技术等工作原理及复杂工程进行研究和实验验证。

重点掌握Arduino应用及综合应用案例。

（对应毕业要求：

4.2）

表1课程教学目标与相关毕业要求指标点的对应关系

毕业要求指标1.6

毕业要求指标3.2

毕业要求指标3.6

毕业要求指标4.2

教学目标1

√

教学目标2

√

教学目标3

√

教学目标4

√

二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求）

1.Arduino硬件（2学时）

教学内容：

电路基础、认识不同型号的Arduino控制器、众多的Arduino外围模块、从ArduinoUNO开始。

（对应教学目标1）

要求：

了解基本的电路基础，认知各种不同型号的Arduino控制器，熟悉众多的

Arduino外围模块，详细了解ArduinoUNO的组成、特点、供电方式、输入输出、下载程序、通信接口等内容。

重点掌握：

ArduinoUNO的组成、特点、供电方式、输入输出、下载程序、通信接口等内容；难点分析：

Arduino外围模块。

作业：

习题1

2.Arduino软件（2学时）

教学内容：

搭建开发环境、用户界面、常用的Arduino第三方软件介绍、第一次上手

arduino。

（对应教学目标1）

要求：

掌握Arduino软件的安装过程；常用Arduino第三方软件简单使用；通过

Arduino软件编写程序。

重点掌握：

Arduino软件的安装、程序编写；难点分析：

程序编写。

作业：

习题2

3.Arduino语言及程序结构（2学时）

教学内容：

Arduino语言、Arduino程序结构。

（对应教学目标1）

要求：

掌握Arduino语言的描绘程序码的符号、注释、常量、字元、位元组、整数、长整数、浮点数、字串等相关内容；架构Arduino程序结构的两个主要函数setup（）和（）。

重点掌握：

Arduino语言的描绘程序码的符号、注释、常量、字元、位元组、整数、长整数、浮点数、字串等相关内容；难点分析：

架构Arduino程序结构的两个主要函数setup（）和（）。

作业：

习题3

4.C/C++语言基础（2学时）

教学内容：

数据结构、运算符、表达式、数组、字符串、注释、流程图、程序结构。

（对应教学目标1）

要求：

掌握C/C++语言基础，包括数据类型、运算符、表达式、数组、字符串、注释、流程图、程序结构等内容。

重点掌握：

C/C++语言基础；难点分析：

C/C++语言基础。

作业：

习题4

5.Arduino的基本函数（2学时）

教学内容：

数字I/O函数、模拟I/O函数、高级I/O函数、时间函数、数学库函数、随机数函数、位操作函数、中断函数、串口通信函数、SPI接口函数。

（对应教学目标1）

要求：

掌握Arduino的基本函数，包括数字I/O、模拟I/O、高级I/O、时间、数学库、随机数、位操作、中断、串口通信、SPI接口函数等内容。

作业：

习题5

6.编写并使用函数（2学时）

教学内容：

函数的编写、函数的使用。

（对应教学目标1）要求：

掌握怎样编写和使用函数。

作业：

习题6

7.使用arduino类库（2学时）

教学内容：

安装Eclipse和Arduino插件、从一个sketch开始、从pop面向过程到oop

面向对象、在ADE中使用类库、在Eclipse中使用类库。

（对应教学目标2）

要求：

掌握如何使用Arduino类库，主要从安装Eclipse和Arduino插件、从一个

sketch开始、从pop面向过程到oop面向对象、在ADE中使用类库、在Eclipse中使用类库几方面学习。

作业：

习题7

8.编写Arduino类库（2学时）

教学内容：

编写头文件、预处理命令、宏定义、文件包含、条件编译、版本兼容、编写.cpp文件、关键字高亮显示、建立示例程序。

（对应教学目标2）

要求：

了解arduino类库的编写，包括编写头文件、预处理命令、宏定义、文件包含、条件编译、版本兼容、编写.cpp文件、关键字高亮显示、建立示例程序。

作业：

习题8

9.类库优化与发布（2学时）

教学内容：

类库的优化、类库的发布。

（对应教学目标2）要求：

了解类库的优化和发布。

作业：

习题9

10.I/O口高级应用（2学时）

教学内容：

调声函数、脉冲宽度测量函数及超声波测距、设置ADC参考电压、外部

中断。

（对应教学目标2）

要求：

了解I/O口高级应用，主要包含：

调声函数、脉冲宽度测量函数及超声波测距、设置ADC参考电压、外部中断几部分高级应用。

作业：

习题10

11.LiquidCrystal类库的使用（1学时）

教学内容：

1602LCD与Arduino连接、1602LCD相关参数、LiquidCrystal类库成员函数。

（对应教学目标2）

要求：

了解1602LCD的应用和LiquidCrystal类库的使用。

主要包含：

1602LCD与

Arduino连接、1602LCD相关参数、LiquidCrystal类库成员函数。

作业：

习题11

12.u8glib类库的使用（1学时）

教学内容：

MINI12864显示屏、连接到Arduino并建立u8g对象、u8glib程序结构、纯文本显示、数据显示。

（对应教学目标2）

要求：

掌握图形显示器的使用和LiquidCrystal类库的使用。

作业：

习题12

13.硬件串口通信（2学时）

教学内容：

HardwareSerial类库成员函数、print（）和write（）输出方式的差异、read（）和peek（）输入方式的差异、串口事件。

（对应教学目标2）

要求：

了解硬件串口通信和HardwareSerial类库的使用。

作业：

习题13

14.软件模拟串口通信（2学时）

教学内容：

SoftwareSerial类库成员函数、建立一个软串口通信、Arduino间的串口通信、纯文本显示、数据显示。

（对应教学目标2）

要求：

掌握软串口通信和SoftwareSerial类库的使用。

作业：

习题14

15.IIC总线的使用（2学时）

教学内容：

Wire类库成员函数、IIC连接方法、主机写数据，从机接收数据、从机发送数据，主机读取数据。

（对应教学目标3）

要求：

了解IIC总线和Wire类库的使用。

作业：

习题15

16.SPI总线的使用（2学时）

教学内容：

SPI类库成员函数、SPI引脚、SPI总线上的从设备选择、SPI总线上的数据发送与接收。

（对应教学目标3）

要求：

了解SPI总线和SPI类库的使用。

作业：

习题16

17.红外遥控（1学时）

教学内容：

IRremote类库成员函数、红外接收、红外发射。

（对应教学目标3）要求：

了解红外遥控的应用和IRremote类库的使用。

作业：

习题17

18.