《ZigBee开发技术及实践》课程教学大纲

《ZigBee开发技术及实践》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：dq04221020
课程名称：ZigBee开发技术及实践 Development Technology and Practice of ZigBee
学时/学分：24/1.5
实验学时：6
课程类别：专业提升
课程性质：选修课
适用专业：电子信息工程
开设学期：第六学期
先行课程：电子技术基础（模拟与数字）、信号与系统
二、课程简介
《Zigbee开发技术及实践》课程是物联网工程、通信工程和电子信息工程的专业课程，是物联网工程的基础课程。

通过本课程理论的学习，使学生深入了解Zigbee的基本概念，熟悉掌握Zigbee技术原理、Zigbee节点硬件设计、CC2530基础开发、CC2530无线射频、ZSTACK协议栈分析和ZSTACK协议栈应用开发。

通过实践篇的学习，使学生深入掌握CC2530的基础开发，以及ZSTACK协议栈的运行机制。

三、课程目标及学生应达到的能力
通过本课程的学习，应达到的目标及能力如下：
目标1：能够分析、计算和设计典型的ZigBee网络。

目标2：能够使用CC2530设计无线传感网络。

目标3：能够根据无线传感网络的参数要求、信号特性等问题，选择研究路线，设计可行的实验方案。

目标4：能够根据项目要求进行物联网相关节点及网络的设计与开发。

四、课程目标对毕业要求的支撑
五、课程教学内容
（一）ZigBee技术开发概述
1.主要教学内容：
Zigbee技术概述；由来和发展；zigbee技术特点；Zigbee协议架构；Zigbee软件开发平台；IAR软件集成开发平台；物理地址修改软件；Zigbee Sniffer；辅助软件；Zigbee硬件开发平台；无线传感器网络与Zigbee的关系；无线传感器网络概述；
2.知识点与能力点要求：
知识点：掌握Zigbee技术概念，理解Zigbee技术特点，掌握Zigbee芯片，了解几种常见的Zigbee协议栈，掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装，理解Zigbee与无线传感器网络的关系。

能力点：能够掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装。

3.教学的重点与难点：
教学重点：Zigbee技术的特点；Zigbee软硬件开发平台的建立和安装；Zigbee与无线传感器网络的关系。

教学难点：Zigbee软硬件开发平台的建立和安装；Zigbee与无线传感器网络的关系。

（二）ZigBee技术原理
1.主要教学内容：
Zigbee网络结构；IEEE802.15.4通信层；Zigbee网络层；Zigbee应用层；
2.知识点与能力点要求：
知识点：理解Zigbee网络结构，掌握IEEE802.15.4通信层，掌握MAC层和网络层帧结构，掌握Zigbee网络层服务规范，掌握Zigbee应用层规范。

能力点：能够对对ZigBee网络进行分析和计算。

3.教学的重点与难点：
教学重点：Zigbee的网络结构；Zigbee的物理层和MAC层；Zigbee网络层功能及帧结
构；Zigbee应用支持子层、应用框架和设备对象。

教学难点：Zigbee网络层功能及帧结构；Zigbee应用支持子层、应用框架和设备对象。

（三）Zigbee节点硬件设计技术
1.主要教学内容：
CC2530片上系统概述；CCC2530结构框架；硬件设计规则及注意事项；Zigbee节点硬件总体设计；Zigbee节点低功耗设计。

2.知识点与能力点要求：
知识点：掌握CC2530结构框架，理解硬件设计规则及注意事项，掌握CC2530核心板、路由器底板和协调器底板的设计，了解低功耗设计。

能力点：能够进行CC2530的系统设计。

3.教学的重点与难点
教学重点：CC2530结构框架；硬件设计规则及注意事项；Zigbee节点核心板、路由器节点及协调器节点的设计。

教学难点：硬件设计规则及注意事项；Zigbee节点核心板、路由器节点及协调器节点的设计。

（四）CC2530基础开发
1.主要教学内容：
I/O 口；串口；DMA；ADC；定时器。

2.知识点与能力点要求：
知识点：掌握I/O的使用，掌握ADC的使用方法，掌握串口和DMA的使用方法，掌握定时器的使用。

能力点：能够使用芯片各种硬件资源。

3.教学的重点与难点
教学重点：CC2530 I/O的使用，ADC、串口、DMA、定时器的使用
教学难点：ADC、串口、DMA、定时器等寄存器的配置
（五）CC2530无线射频
1.主要教学内容：
RF内核；FIFO访问；发送模式；接收模式；IEEE802.15.4。

2.知识点与能力点要求：
知识点：掌握RF内核，掌握FIFO访问，掌握CC2530无线发送模式，掌握CC2530无线接收模式，掌握IEEE802.15.4程序设计方法。

能力点：能够正确使用CC2530无线模式。

3.教学的重点与难点：
教学重点：RF内核中断及中断寄存器的使用；CC2530的无线发送模式和接收模式，
IEEE802.15.4程序设计方法。

教学难点：RF内核中断及中断寄存器的使用，CC2530的无线发送模式和接收模式，IEEE802.15.4程序设计方法。

（六）ZSTACK软件架构
1. 主要教学内容：
操作系统的运行；HAL层分析；MAC及ZMAC层分析；NWK层分析；MT层分析；Profile及Tools配置和分析；Security及Services分析；ZDO层分析。

2. 知识点与能力点要求：
知识点：理解Zstack软件架构，掌握操作系统的运行，掌握Zstack协议栈中HAL、MAC、NWK、ZDO等各层作用
能力点：能够利用和使用ZSTACK软件架构。

3. 教学的重点与难点：
教学重点：ZSTACK操作系统的运行及Zstack协议栈中HAL、MAC、NWK、ZDO等各层作用。

教学难点：ZSTACK操作系统的运行及Zstack协议栈中HAL、MAC、NWK、ZDO等各层作用。

（七）Zstack系统移植
1. 主要教学内容：
工程模板的创建；任务的建立；。

移植
2. 知识点与能力点要求：
知识点：掌握工程模板的建立，掌握任务的建立，掌握LED、按键和LCD的移植。

能力点：能够根据需求进行系统移植。

3. 教学的重点与难点
教学重点：工程模板的建立，任务的建立，LED、按键和LCD的移植
教学难点：工程模板的建立，任务的建立，LED、按键和LCD的移植
（八）Zstack应用程序设计
1. 主要教学内容：
应用设计；体系结构设计；路由器程序设计；协调器程序编写。

2. 知识点与能力点要求：
知识点：了解Zigbee程序的开发过程，掌握Zigbee程序体系结构设计，掌握协调器和路由器程序的编写。

能力点：能够根据需要设计相应的程序。

3. 教学的重点与难点
教学重点：Zigbee程序体系结构设计，协调器和路由器程序的编写。

教学难点：Zigbee程序体系结构设计，协调器和路由器程序的编写。

六、教学进程
七、教学目标达成途径与措施
（一）教学方法与教学手段
整个教学采用理论和实践相结合的方式，每章节理论授课结束，及时安排实验和布置作业，以巩固理论知识。

具体讲授时一定注意理论联系实际，授课重点应放在典型电路和基本电路的分析与设计部分。

注意把应用实例引入课堂教学，最好多加入一些演示实验，这样可取得事半功倍的教学效果。

讲授难点在于既能完成基本的教学要求，又能最大限度地联系实际，培养学生的实际应用能力。

（二）实验环节的基本要求
1．实验教学内容
实验成果为实验报告，具体要求如下：
（1）对于验证性、综合性实验项目，要求学生在实验前进行相关实验内容的预习，完成实验报告的实验目的、实验原理、实验设备、实验电路接线、实验步骤，实验数据表格部分的书写和绘制；对于设计性实验项目，要求学生在实验前针对所需解决的问题,查阅文献资料,设计并编写实验方案，实验方案应有充分的分析论证过程。

（2）能够正确筛选、处理实验数据，并能通过详实的计算与信息综合分析，实现对相关理论、特性的验证与研究。

（3）善于发现实验过程中的现象或问题，并能积极思考，提出自己的见解。

（4）实验数据准确、详实，图表清晰，语言规范，字迹工整，页面整洁。

（三）作业的基本要求：
作业可以随时考查学生对知识掌握和理解的程度，根据本课程实际，作业主要题型是问答题、改错题和综合设计题，问答题大约占40％，改错题约占40％，综合设计题约占20％八、课程的考核、目标达成度评价方法与改进措施
（一）课程考核
课程的考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握
情况和应用能力为重点内容，包括平时考核和期末考核两部分。

1.平时考核评价有作业和实验构成。

（1）作业：共计 5 次作业，作业考核内容覆盖课程目标1、2、3，每次作业考核内容对应其中一个课程目标，主要考核学生对各课程目标知识点的理解和掌握程度。

作业成绩为5次作业的平均值，作业成绩在平时成绩中的权重为0.5。

每次作业评价细则如下：
电路的搭建、仪器仪表的使用、数据的处理与分析等四个方面，对应课程目标3。

实验成绩为5个实验项目的平均值，实验成绩在平时成绩中的权重为0.5.评价细则如下：
考核内容覆盖课程目标1、2、3。

平时成绩、期末成绩、总评成绩均采用百分制，在总评成绩中，平时成绩和期末成绩所占权重分别为0.3和0.7.各考核环节所占分值、比例也可以根据教学安排进行调整。

（二）目标达成度评价方法
课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价。

课程分目标达成度=总评成绩中支撑该课程目标相关考核环节平均得分
总评成绩中支持该课程目标相关考核环节目标总分
课程总目标达成度=该课程学生总评成绩平均分
该课程总评成绩总分（100分）
课程目标评价内容及符号意义说明如下：字母A、B、 C 分别表示学生平时作业、平时实验、期末考试的实际平均得分。

平时成绩和期末成绩在各课程目标中分值分配如下表。

各项成绩目标分值及学生平均得分分配表
表）。

课程目标达成度评价标表
1.课程评价周期为每1 年评价一次，设置达成度目标值为0.70，采用成绩分析法进行评价，评价结果用于持续改进。

2．持续改进机制
（1）建立持续改进制度
成立课程持续改进组，由课程负责人组织执行并监督持续改进过程，制定持续改进措施。

（2）本课程持续改进方法
平时成绩持续改进机制：根据每届学生学习情况，课程组教师每4 周汇总统计学生平时成绩考核的各项指标，发现问题及时调整，并做好相应的记录。

期末考试考核机制：对期末考试试卷进行分析，统计各部分试题得分情况，将统计结果用于整体分析研究该门课程；在下一届学生中进行持续改进。

（3）本课程持续改进措施
针对平时成绩考核，采取增加对相关知识点的研讨、成立学习小组、与学生单独交流、加强网络及现场答疑、加强训练的题目和频次、改革教学方法与手段等措施实施改进。

针对期末考试考核，结合学生考试出现的问题，通过在薄弱环节进行教学方法与手段的改进，加强目标题目的训练以及对重修、新开课学生强化辅导答疑等措施，实现课程的持续改进。

九、建议使用教材及教学参考书
1、李文仲，《Zigbee2006无线网络与无线定位实战》，北京航空航天大学出版社，2008年1月第1版
2、王小强，《Zigbee无线传感器网络设计与实现》，化学工业出版社，2012年6月第1版
3、郭渊博，《Zigbee技术与应用》，国防工业出版社，2010年6月第1版。