I4820 教學大綱表

教學大綱表 (114學年度第1學期)

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課程名稱 Course Title	(中文) 嵌入式系統程式設計 (英文) Embedded System Programming			開課單位 Departments	資訊工程學系
				課程代碼 Course No.	I4820
授課教師 Instructor	黃得原
學分數 Credit	3.0	必/選修 core required/optional	選修	開課年級 Level	大四
先修科目或先備能力(Course Pre-requisites)：程式設計；基本Python程式設計
課程概述與目標(Course Overview and Goals)：本課程以「嵌入式系統程式設計與物聯網應用」為內容主體，透過實作導向的教學方式，引導學生學習物聯網技術、感測器操作、GPIO 控制、PWM 控制、I2C 通訊、雙核心等嵌入式系統應用技術，並培養模組化程式設計、狀態機邏輯建構與錯誤排除等實務能力。教學上採用設計思考為方法論架構，搭配「專題導向學習（PjBL）」作為核心策略，讓學生從生活場域出發，觀察與定義問題，逐步發展出具備實用性與邏輯架構的互動作品。課程設計以專題為主軸，前期透過模組任務累積技術經驗，中期完成專題提案與模組規劃，後期實作整合與功能驗證，並結合彈性學習週進行補強與延伸挑戰。整體學習過程不僅讓學生掌握嵌入式系統開發流程，也培養其從使用者角度思考與系統性解決問題的能力，最終能獨立設計出具備實際應用價值的作品，為未來進入產業或跨域應用奠定實力基礎。
教科書(Textbook)	自編
參考教材(Reference)	嵌入式系統(使用Arduino)，張延任，全華圖書 Get Started with MicroPython on Raspberry Pi Pico

課程大綱 Syllabus			學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
序 No.	單元主題 Unit topic	內容綱要 Content summary	學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
1	嵌入式系統概論與 GPIO 控制	認識嵌入式系統開發流程、Raspberry Pi Pico 2 W 架構、撰寫控制 GPIO 的函式與迴圈結構控制。	能理解嵌入式系統與 Raspberry Pi Pico 2 W 的開發流程，並能撰寫 GPIO 輸出控制程式。	講授實作	實驗
2	類比輸入與環境感測（ADC）	實作光敏模組，學習 ADC 讀取流程與電壓轉換，撰寫感測讀取函式並結合條件邏輯調整輸出。	能實作光敏模組，讀取 ADC 資料並結合條件判斷改變輸出行為。	講授實作	實驗
3	PWM 輸出控制與蜂鳴器驅動	認識 PWM 訊號產生，驅動蜂鳴器發出不同頻率，撰寫輸出控制，學習非阻塞控制與結構化撰寫。	能理解 PWM 原理，實作蜂鳴器驅動，並能使用非阻塞方式控制輸出。	講授實作	實驗
4	數值感測模組與資料封裝	操作 DHT11 讀取溫溼度，解析資料格式，撰寫封裝資料函式，結合條件邏輯觸發輸出。	能操作 DHT11 模組，解析與封裝資料，並以程式邏輯判斷輸出條件。	講授實作	實驗
5	I2C 傳輸與 OLED 驅動	學習 OLED I2C 控制流程，撰寫顯示函式，管理座標與格式，理解多模組協同顯示設計。	能理解 I2C 通訊原理，完成 OLED 顯示操作與格式排版。	講授實作	實驗
6	數位輸入與中斷觸發概念	透過人體紅外模組實作環境互動，強化數位輸入處理與多模組協調，初探中斷觸發設計與資源排程基礎邏輯。	能偵測輸入並觸發控制行為，初步理解中斷與資源協調。	講授實作	實驗
7	超音波模組與距離控制邏輯	操作距離感測模組，實作時間轉距離，規劃非接觸式開關功能並設計分級控制邏輯流程。	能操作超音波模組量測距離，設計非接觸控制流程與分級輸出邏輯。	講授實作	實驗
8	專題需求分析與原型架構設計	小組針對生活情境進行問題定義、功能拆解與資源規劃，繪製腳位草圖與資料流程圖，提出專題提案。	能分析生活中具體問題，完成專題提案、腳位配置與模組整合規劃。	實作心得發表	專題期中考
9	高電流控制與繼電器驅動應用	認識繼電器結構與保護設計，控制USB外部裝置，撰寫切換控制函式，說明高功率控制與安全邏輯。	能理解繼電器結構並完成 USB 裝置控制，具備高功率安全控制概念。	講授實作	實驗
10	IoT 上傳應用與 MQTT 協定	說明 MQTT 架構與資料發佈流程，實作感測器資料封裝與雲端傳輸，練習 JSON 結構與錯誤處理。	能將感測資料透過 MQTT 發佈至雲端，理解資料結構與傳輸流程。	講授實作	實驗
11	IoT 遠端控制與 Blynk雲端平台與隨身裝置整合	使用 Blynk 控制 GPIO 裝置，介紹虛擬腳位、UI 設計與同步控制流程，強化雙向控制邏輯與通訊驗證。	能整合 Blynk 平台進行 GPIO 控制與 UI 設計，建立雙向互動流程。	演講實作	實驗
12	未授模組介紹與驅動設計簡報	小組介紹欲應用於專題的自選感測器／模組，說明原理、腳位、程式驅動邏輯與整合方式，提出試驗構想。	能自行查詢與學習未教模組的原理與驅動邏輯，具備模組探索與設計能力。	講授實作	實驗
13	雙核心任務設計與狀態機架構	認識 Pico 2 W 的雙核心架構與執行模型，實作雙核心任務分工，整合專題模組與狀態邏輯。	能使用雙核心處理並設計狀態機邏輯，完成模組分工與同步整合。	講授實作	實驗
14	原型實作與除錯測試	撰寫模組化主程式與測試案例，進行感測器校正、腳位偵錯與功能驗證，學習除錯工具與記錄流程。	能完成主程式架構，具備除錯能力與模組整合驗證經驗。	講授實作	期中考
15	成果展示與系統呈現	發表設計動機與系統架構，展示功能實作與使用情境，進行跨組觀摩與成果互評。	能清楚說明專題作品架構與技術設計，具備作品展示與說明能力。	講授實作	實驗
16	歷程反思與技術文件整理	撰寫設計歷程、程式註解、影片記錄與自評反思，完成完整作品說明文件與回饋紀錄。	能撰寫技術文件與自評歷程，完整紀錄設計經驗並形成知識轉移成果。	講授心得發表	專題
17	跨組觀摩與功能強化	自選觀摩他組專題或延伸自組功能	能觀摩他組專題並提出回饋，或強化本組功能與情境應用。	實作心得發表個別或小組指導	彈性教學
18	技能補強與挑戰任務	自主挑戰 IoT 延伸應用、新模組試作、程式重構等，彈性補強核心技能與實作困難點。	能針對個別弱點進行補強，或挑戰未學模組與創新應用設計。	講授實作個別或小組指導	彈性教學

彈性教學週活動規劃

序 No.	實施期間 Period	實施方式 Content	教學說明 Teaching instructions	彈性教學評量方式 Evaluation	備註 Notes
1	起:2025-12-29 迄:2026-01-11	5.小專題 Project	嵌入式系統結合人工智慧之最新發展	理解嵌入式系統發展脈絡與創新方向

教學要點概述：
1.自編教材 Handout by Instructor：
■ 1-1.簡報 Slids
□ 1-2.影音教材 Videos
□ 1-3.教具 Teaching Aids
□ 1-4.教科書 Textbook
□ 1-5.其他 Other
□ 2.自編評量工具/量表 Educational Assessment
□ 3.教科書作者提供 Textbook

成績考核 Performance Evaluation：期中考：30% 實驗：30% 專題：30% 彈性教學：10%

教學資源(Teaching Resources)：
□ 教材電子檔(Soft Copy of the Handout or the Textbook)
■ 課程網站(Website)
課程網站(Website)：網路大學 http://elearn.ttu.edu.tw/learn/index.php
扣考規定：https://curri.ttu.edu.tw/p/412-1033-1254.php