嵌入式系統原理與應用 | 修課心得

在2021年5月開始,台灣的COVID-19疫情出現重大變化, 也因為這個緣故, 原本我們在學校的課程也受到影響, 自5月18日單日暴增180個確診案例,證實台灣已經進入社區傳播階段,而學校也早在5月17日宣布禁止學生到校上課,並改採遠距教學。

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敲了以上幾個字, 要記錄這個學期的諸多變化,也許哪日雨過天晴再回來看,會顯得更有感觸,或許也更能感受到現在的幸福。

「嵌入式系統原理與應用」是我本學期修習的課程之一, 在正式上課之前, 我的記憶一直停留在10多年前的學校課程（敝人是虎尾科技大學資工系畢業生）,還以為現在還上PLC之類的內容,想不到這10多年過去,有些事情到還真是不一樣；本課程主要是讓採用Arduino作為教學輔助,幫助學生了解嵌入式系統運作的基本原理,開發語言則是採用C為基礎的Sketch, 這套工具其實在中小教育也相當盛行, 譬如有些小學生參加科學競賽,也會用上Arduino來做創意發想。

當然你跟小學生還是要有所差別,小學生要知道怎麼用,而你需要知道該怎麼用,為什麼這樣用？

課程在開始之前,老師會介紹整個學習的教學大綱,在前期,主要會希望你了解微處理機架構和微處理機組織,以及指令運作、暫存器和加減法運算等, 所以在上課之前,你需要稍了解微處理機的相關原理,若你不是本科系學生,也可以去網路上找找「微處理機」等相關知識, 如此可以幫助你更快上手。

介紹完微處理機之後,課程會開始偏向實作,也就是Arduino的實際開發,這方面你可以準備一個 Arduino Uno教學套件, 內容應該包含Arduino開發板、麵包板、單位元和四位元七段顯示器(共陰)、溫濕度感測器、蜂鳴器和可變電阻以及三色LED、薄膜鍵盤, 這樣零零總總加起來, 市面上有很多商家都打包成一組套件了, 價格約落在1000元新台幣以內, 我自己是網購買的, 當然也有同學去電子街買到一兩千塊以上的, 但這就看附上的零件和Arduino開發板的版本了, 畢竟電子街嘛…台中讀書的學生應該都很懂。

而在Arduino的教學部分, 主要還是會偏向讓學生了解這個板子可以做到什麼功能,運用什麼原理,故會從基礎開始, 譬如內建函數setup和loop的用途,串列埠讀寫等。

接著是透過可變電阻和按鈕來了解數位接腳D1~D13,類比接腳A1~A6的讀寫,七段顯示器控制, Pulse Width Modulation (PWM)，脈衝寬度調變等。

當你有了以上知識後,接著會開始講如何讀取薄膜鍵盤, 中斷處理, 定時器和看門狗機制等, 最後則是蜂鳴器和溫濕度感測器、三色LED。

當然實際上老師會以當期上課狀況來調整教學大綱,而我在這裡也只能略為陳述一二而已,如果你運氣好的話,整班上課進度快, 或許老師就有更多空間可以把知識傳播給你們。

而Arduino這個工具,到某個程度你會覺得如果有程式的概念,就能控制許多原本不是那麼容易處理的IO問題,但如果你有微處理機的概念,那就更能得心應手,也就更能對上課提到的內容心領神會了。

我很幸運參與這門課程,老師在章節、進度安排上都相當用心,且總是用盡全力想讓學生可以吸收知識,即便後期全採遠端上課,老師也會依照內容的乏味程度來做一下調整,避免大家感到疲乏,此外老師在評分和考試上也相當公正公開,在此相當感謝老師的辛苦付出。

關於上課這回事,在大學、碩士等階段,對授課老師來說,在乎的不只是能不能教會你很難的玩意兒,更多的是希望能夠點醒你一些事情,所謂「師父領進門,修行在個人」,大概就是這樣了,所以不要想老師教得難,或是老師教得簡單,更要想的是你上完之後有沒有一點靈感,讓你去改變一些事情這樣。

當然也有人想要的是學位,或是名列前茅,那就看你的取捨了。

我會將上課的程式放到github上,希望對你有所幫助,讓你更快瞭解Arduino這玩意兒,預祝成功！