Flowcode嵌入式芯片設計就業(yè)培訓課程
Flowcode流碼嵌入式芯片設計就業(yè)培訓課程
一、實(shí)訓內容及要求
（一）實(shí)驗過(guò)程
1、熟悉Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺。
2、Flowcode V10是一款用流程圖編碼（簡(jiǎn)稱(chēng)流碼）的設計實(shí)驗仿真軟件。是為單片機量身定制的圖形化程序語(yǔ)言。
3、包括支持以下系列的微控制器：
1）PIC系列；
2）AVR系列；
3）dsPIC系列；
4）Arduino系列；
5）ARM系列；
6）STM32系列；
7）RPI樹(shù)莓派系列；
4、上述微控制器系列全部都支持中文菜單。
（二）Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺特點(diǎn)
其Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺如圖5所示：
圖示 Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺
1、直接畫(huà)出流程圖，然后仿真。仿真成功后可以編譯生成 C和匯編代碼，并生成 HEX 文件。直接下載到相應的芯片中。真正實(shí)現一鍵完成編程工作。
2、幾乎不用考慮初始化，若要輸出，該軟件就自動(dòng)把端口設置為輸出；若要輸入，該軟件就自動(dòng)把端口設置為輸入。
3、可更靈活地配置芯片資源（如改變芯片原端口功能等），發(fā)揮更高效率。
4、芯片移植非常簡(jiǎn)單！直接更換芯片型號就可以完成程序移植。流程圖幾乎不用動(dòng)。
5、可以導入、導出流程圖、它還支持嵌入C和匯編代碼圖，這樣同一個(gè)流程圖可以在不同的微控制器上運行。
6、強大的仿真模塊。
7、支持嵌入C和匯編代碼，從而使設計實(shí)驗更加靈活。
8、多達近百種的各種各類(lèi)配套的仿真開(kāi)發(fā)板，為工程研發(fā)設計實(shí)驗節約了大量的時(shí)間和資金。
（三）實(shí)驗要求
1、學(xué)習了解不同量程、精度要求下，測量溫度的方法。
2、盡可能多地查找滿(mǎn)足實(shí)驗要求的溫度傳感器，注意傳感器的類(lèi)型、溫度測量范圍和測量精度、輸出信號形式和線(xiàn)性范圍等關(guān)鍵的特征參數。
3、選擇溫度傳感器以獲取溫度信號，并根據傳感器類(lèi)型選擇放大器類(lèi)型，設計實(shí)驗放大電路,注意放大電路的輸入阻抗和增益；在仿真優(yōu)化的基礎上實(shí)現溫度信號采集及放大電路。
4、選擇將溫度信號轉換為數字信號的方法，并將其以數字的形式顯示出來(lái)。
5、構思溫度顯示方式，選擇與之相對應的模/數轉換方式，設計實(shí)驗電路結構，制定各單元電路的技術(shù)參數指標。
6、設計實(shí)驗反饋控制電路實(shí)現定點(diǎn)溫度控制標定調整系統參數。
7、觀(guān)察溫控速度與溫度波動(dòng)范圍。如何達到響應速度快、波動(dòng)范圍小的目標。
8、構建一個(gè)簡(jiǎn)易的測試環(huán)境，以水銀玻璃溫度計為基準，在室溫及室溫以上20℃的范圍內，測定溫度計測量誤差以及控制誤差。
9、撰寫(xiě)設計實(shí)驗總結報告，并通過(guò)分組演講，學(xué)習交流不同解決方案的特點(diǎn)。
二、相關(guān)知識及背景
1、數電、模電、單片機，傳感器、硬件設計實(shí)驗、Flowcode V9流碼編程。
2、這是一個(gè)運用數字和模擬電子技術(shù)解決現實(shí)生活和工程實(shí)際問(wèn)題的典型案例，需要運用傳感器及檢測技術(shù)、信號放大、模數信號轉換、數據顯示、參數設定、反饋控制、PID控制及參數設定等相關(guān)知識與技術(shù)方法。并涉及測量?jì)x器精度、線(xiàn)性度，硬件及軟件反饋，儀器設備標定及抗干擾等工程概念與方法。
三、實(shí)驗環(huán)境條件
1、Flowcode V10軟件平臺。
2、Flowcode V10硬件套件模塊若干。
3、溫度傳感器、LCD、萬(wàn)用表等。
4、電腦及其他配件、輔件。
四、教學(xué)目標與目的
（一）教學(xué)目標
1、讓學(xué)生要學(xué)會(huì )Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺，熟練運用流程圖邏輯，熟練掌握宏的使用。
2、學(xué)會(huì )嵌入式編程的邏輯理念。
3、熟練掌握如下系列的微控制器的靈活開(kāi)發(fā)設計實(shí)驗應用：
1）PIC系列；
2）AVR系列；
3）dsPIC系列；
4）Arduino系列；
5）ARM系列；
6）STM32系列；
7）RPI樹(shù)莓派等系列；
8）ESP32系列。
4、熟習對單片機的特點(diǎn)及流碼編程的廣泛應用，極大提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。
5、解決復雜嵌入式編程的能力。
（二）教學(xué)目的
1、通過(guò)系統的對Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺的學(xué)習，能達到學(xué)生對運用知識、技術(shù)、方法等方面的培養，能迅速提升學(xué)生的技能、能力、素質(zhì)等。
2、通過(guò)系統的對Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺的學(xué)習，能在較為完整的工程項目實(shí)現過(guò)程中引導學(xué)生了解現代測量方法、傳感器技術(shù)，實(shí)現方法的多樣性及根據工程需求比較選擇技術(shù)方案；
3、引導學(xué)生根據需要設計實(shí)驗電路、選擇元器件，構建測試環(huán)境與條件，并通過(guò)測試與分析對項目作出技術(shù)評價(jià)。
五、教學(xué)設計實(shí)驗與實(shí)施進(jìn)程
（一）教學(xué)設計實(shí)驗
1、課堂知識講解、方法引導、背景解釋。
2、實(shí)驗中的方法指導，問(wèn)題設置、思路引導等。
3、教學(xué)模式、實(shí)驗渠道、研討主題、觀(guān)察節點(diǎn)、驗收重點(diǎn)、質(zhì)詢(xún)問(wèn)題等方面設計實(shí)驗等。
4、實(shí)驗實(shí)施進(jìn)程的各個(gè)環(huán)節，如任務(wù)安排、預習自學(xué)、現場(chǎng)教學(xué)、分組研討、現場(chǎng)操作、結果驗收、總結演講、報告批改等多方面的教學(xué)設計實(shí)驗的思路、目的，
5、教師、學(xué)生各自需要完成的工作任務(wù)，需要關(guān)注的重點(diǎn)與細節。
（二）Flowcode V10流碼設計實(shí)驗平臺的學(xué)習三個(gè)階段
1、第一階段：學(xué)習Flowcode V9流碼設計實(shí)驗平臺的基本操作，熟悉其功能，掌握使用方法。
其流碼編程基礎訓練如圖6所示：
圖6 流碼編程基礎訓練流程圖
其流碼編程基礎訓練實(shí)驗仿真如圖7所示:
圖7 流碼編程基礎訓練實(shí)驗仿真圖
2、第二階段：熟練常用的LED、數碼管、LCD、A\D、D\A、按鍵、，鍵盤(pán)、各類(lèi)傳感器等流
碼編程。
其顯屏流碼編程流程圖如圖8所示：
圖8 顯屏流碼編程流程圖
其顯屏流碼編程實(shí)驗仿真如圖9所示：
圖9 顯屏流碼編程實(shí)驗仿真
3、第三階段：熟練掌握各種硬件宏的使用方法，能解決一般性工程項目設計的整體設計實(shí)驗編程。
4、第四階段：熟練掌握嵌入式通信的各種方式的流碼編程。能解決大型復雜的嵌入式系統
的整體設計實(shí)驗編程。
其雙機通信流碼編程流程圖如圖10所示：
圖10 雙機通信流碼編程流程圖
其雙機通信流碼編程流程圖如圖圖11所示：
圖11 雙機通信流碼編程實(shí)驗仿真
第五階段：熟練掌握運用流碼編程。具有創(chuàng )新性，獨特性，新穎性產(chǎn)品的整體設計開(kāi)發(fā)能力。
（三）實(shí)施進(jìn)程
1、本實(shí)驗的過(guò)程是一個(gè)比較完整的工程實(shí)踐工程，需要經(jīng)歷學(xué)習研究、方案論證、系統設計實(shí)驗、實(shí)現調試、測試標定、設計實(shí)驗總結等過(guò)程。在實(shí)驗教學(xué)中，應在以下幾個(gè)方面加強對學(xué)生的引導：
2、學(xué)習溫度測量的基本方法，了解隨著(zhù)溫度測量范圍與測量精度要求的不同，在傳感器選擇、測量方法等方面不同的處理方法。
3、不同傳感器輸出信號的形式、幅度、驅動(dòng)能力、有效范圍、線(xiàn)性度都存在很大的差異，后續的信號調理和放大電路也要根據信號的特征來(lái)設計實(shí)驗；一般來(lái)說(shuō)，傳感器的使用說(shuō)明中都有參考電路。
4、實(shí)驗要求的精度并不高，主要取決于傳感器；溫度又是一個(gè)緩變信號，因此將模擬信號轉換為數字信號時(shí)可供選擇的方式較多，如常規的逐次逼近型8位ADC、雙積分型MC14433、ICL7106/07等都可以采用；也可以采用V/F轉換的方式，或采用由控制器輸出PWM波，經(jīng)整流濾波后與溫度信號比較的方式，等等。
5、可以簡(jiǎn)略地介紹反饋控制的基本原理，要求學(xué)生自學(xué)實(shí)現反饋控制的方法及參數的整定。
6、在電路設計實(shí)驗、搭試、調試完成后，必須要用標準儀器設備進(jìn)行實(shí)際測量，標定所完成的溫度計的誤差；需要根據實(shí)驗室所能夠提供的條件，設計實(shí)驗測試方法，搭建溫度可控且較為穩定的測試環(huán)境。
7、在實(shí)驗完成后，可以組織學(xué)生以項目演講、答辯、評講的形式進(jìn)行交流，了解不同解決方案及其特點(diǎn)，拓寬知識面。
8、在設計實(shí)驗中，要注意學(xué)生設計實(shí)驗的規范性；如系統結構與模塊構成，模塊間的接口方式與參數要求；在調試中，要注意工作電源、參考電源品質(zhì)對系統指標的影響，電路工作的穩定性與可靠性；在測試分析中，要分析系統的誤差來(lái)源并加以驗證
六、實(shí)驗原理及方案
以溫度傳感器為例：實(shí)驗的基本原理、設計實(shí)驗依據、完成任務(wù)的思路方法，可能采用的方法、技術(shù)、電路、器件。
（一）實(shí)驗系統結構
其實(shí)驗系統結構如圖12所示：
圖12 實(shí)驗系統結構框圖
（二）系統實(shí)現方案
其系統實(shí)驗方案框圖如圖13所示：
圖13 系統實(shí)驗方案框圖
（三）A\D模數變換的流碼設計
其A\D模數變換的流碼設計流程圖如圖14所示：
圖14 A\D模數變換的流碼設計流程圖
其A\D模數變換的流碼設計的實(shí)驗仿真如圖15所示：
圖15 A\D模數變換的流碼設計的實(shí)驗仿真
（四）D\A數模變換的流碼設計
其D\A數模變換的流碼編程設計流程圖如圖16所示，D\A數模變換的流碼編程設計實(shí)驗仿真如圖17所示。
圖16 D\A數模變換的流碼編程設計流程圖
圖17 D\A數模變換的流碼編程設計實(shí)驗仿真
PWM脈寬調制的流碼設計
PWM脈寬調制的流碼設計實(shí)驗仿真
傳感器的流碼設計
傳感器的流碼設計實(shí)驗仿真
（五）系統實(shí)施步驟
1、首先，可供選擇的傳感器有熱敏電阻、PT系列熱電阻，普通二極管，以熱敏二極管為核心的集成傳感器（如LM35、LM45），基于絕對溫度電流源型AD590，數字式集成傳感器（LM75、DS18B20）。Flowcode V9流碼設計實(shí)驗對DHT11、DHT22、HTS221、SHT21、SHT31、LM75B、DS18B20、DS1820等可以簡(jiǎn)單清晰的進(jìn)行流碼編程。
2、其次，不同傳感器輸出信號形式（數字、模擬，電流、電壓）、信號幅度各異，與之相應的信號調理與控制電路也各不相同。選擇數字式集成傳感器時(shí)，宜采用單片機或在PLD器件中設計實(shí)驗控制器，以串行總線(xiàn)的方式獲取溫度數據；在選擇AD590時(shí)，需要將1μA/°K的電流信號放大并轉換成電壓信號，并減去0℃時(shí)273.2μA的基值；選用普通二極管作為溫度傳感器時(shí)，是利用其PN極電壓10mV/℃的特性，在設計實(shí)驗放大電路時(shí)需要減去600～700mV的基值；等等。
3、Flowcode V9流碼設計實(shí)驗用在將模擬信號轉化成數字量時(shí)，也可以采用常規的A/D轉換器、電壓—頻率（V/F），或比較器等方式。
創(chuàng )新之處：不用編寫(xiě)任何一行代碼即可輕松完成設計實(shí)驗。
4、Flowcode V9流碼設計實(shí)驗在溫度的數字顯示形式上，也有數碼管、字符型LCD等形式；可以借助于數字式電壓表顯示；也可以采用ICL7106/7107，將A/D轉換和數字顯示結合在一起；也可以將模擬信號通過(guò)一組比較器直接驅動(dòng)燈柱顯示。不用編寫(xiě)任何一行代碼即可輕松完成設計實(shí)驗。
5、Flowcode V9流碼設計實(shí)驗溫度的控制可以采用繼電器通斷控制或以PWM方式通過(guò)大功率管控制溫控裝置的供電；也控制自行設計實(shí)驗可控電壓源或電流源來(lái)開(kāi)展溫控裝置的制熱量。
創(chuàng )新之處：不用編寫(xiě)任何一行代碼即可輕松完成設計實(shí)驗。
七、實(shí)驗報告要求
1、學(xué)生在實(shí)驗報告中能反映出如下的信息量：
1）實(shí)驗需求分析
2）實(shí)現方案論證
3）理論推導計算
4）設計實(shí)驗仿真分析
5）電路參數選擇
6）實(shí)驗過(guò)程設計實(shí)驗
7）數據測量記錄
8）數據處理分析
9）編寫(xiě)實(shí)驗手冊
10）實(shí)驗結果總結
2、實(shí)驗報告能反映以下工作：
1）用Flowcode V9流碼設計理念對實(shí)驗需求進(jìn)行分析
2）用Flowcode V9流碼設計平臺對實(shí)現方案進(jìn)行論證
3）理論推導計算
4）利用仿真工具，例如proteus、Multisim等對電路設計實(shí)驗與參數進(jìn)行仿真
5）用Flowcode V9流碼設計平臺進(jìn)行嵌入式的軟件編程并下載到配套芯片
6）電路測試方法，利用相關(guān)的儀器儀表進(jìn)行波形，數據，結果等測試。符合設計要求
7）實(shí)驗數據記錄
8）數據處理分析
9）實(shí)驗結果總結
八、考核要求與方法
考核的節點(diǎn)、時(shí)間、標準及考核方法。
實(shí)物驗收：功能與性能指標的完成程度（如溫度測量精度、控制精度），完成時(shí)間。
實(shí)驗質(zhì)量：電路方案的合理性，焊接質(zhì)量、組裝工藝。
自主創(chuàng )新：功能構思、電路設計實(shí)驗的創(chuàng )新性，自主思考與獨立實(shí)踐能力。
實(shí)驗成本：是否充分利用實(shí)驗室已有條件，材料與元器件選擇合理性，成本核算與損耗。
實(shí)驗數據：測試數據和測量誤差。
實(shí)驗報告：實(shí)驗報告的規范性與完整性。
用Flowcode V9流碼設計編程的驗收：邏輯性，合理性，穩定性，芯片資源的占有率。
九、項目特色或創(chuàng )新
運用Flowcode V9流碼設計實(shí)驗平臺，其特色在于：
（一）門(mén)檻降低
很適合各專(zhuān)業(yè)、各層次的同學(xué)與老師的學(xué)習、實(shí)驗、開(kāi)發(fā)設計實(shí)驗應用。尤其是對于非計算機專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，需要涉及到單片機控制方面的幫助時(shí)，如果要求再去學(xué)匯編、C等語(yǔ)言的話(huà)就勉為其難了。但借助流碼平臺可以越過(guò)這個(gè)坎兒，從而把精力更多地放在與本專(zhuān)業(yè)內容相關(guān)的方面。
（二）提高效率
通過(guò)在流碼設計實(shí)驗平臺上的學(xué)習與實(shí)訓，其效率能革命性地提高。
本平臺可以真正解決嵌入式系統開(kāi)發(fā)的的編程瓶頸，大大提高編程效率。
（三）提升能力
1、通過(guò)掌握Flowcode流碼平臺可以迅速上手，學(xué)習與實(shí)際工作結合緊密。
2、因為流碼設計實(shí)驗平臺是一個(gè)創(chuàng )新的設計實(shí)驗平臺，在這一方面如果沒(méi)有在現場(chǎng)看到演示是很難想象的。即使現場(chǎng)看到演示都感覺(jué)難以置信，甚至有被誤認為是在作假的情況出現，這就是創(chuàng )新之處。
3、培養實(shí)用型人才，通過(guò)提高單片機編程效率，提高開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)水平。
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