一、理论教学

理论教学部分依托嵌入式虚拟仿真教学子系统，将处理器内核原理、外设控制器原理、STM32 HAL 库开发、RTOS 操作系统、电机驱动原理、传感器信号处理、PID 控制算法及智能赛车综合项目应用场景等抽象知识，通过可视化学习、图形化配置、虚拟仿真等方式具象呈现，让学生直观掌握各模块理论内涵与在赛车控制中的应用逻辑，实现从抽象概念到具象认知的高效学习。

二、实验教学

支持智能赛车专属实验，学生可自主操作、实时排错，无需依赖实体赛车设备：

· 直流电机 PWM 控制实验：通过 STM32 HAL 库配置定时器生成 PWM 信号，连接虚拟电机驱动模块，设置占空比参数调节赛车电机转速与转向，在虚拟场景中查看赛车运动状态，理解电机驱动核心原理；

· PID 参数调试实验：搭建赛车速度环与方向环 PID 控制模型，设置比例系数（Kp）、积分系数（Ki）、微分系数（Kd），在虚拟赛道中测试参数对赛车路径跟踪精度与速度稳定性的影响；

· 红外循迹实验：模拟红外传感器阵列检测赛道黑线，通过 GPIO 接口读取传感器信号，编写判断逻辑控制赛车转向，调整传感器安装高度与检测阈值，验证循迹效果；

· UART 通信实验：配置虚拟 UART 接口，实现虚拟赛车与中控系统的数据传输，下发远程控制指令（如启动、急停），接收赛车速度、位置等实时数据，掌握通信协议应用逻辑。

三、实训教学

覆盖 3 类智能赛车典型场景，实现 “虚拟设计 - 虚实验证 - 综合开发” 的进阶培养：

· 基础场景实训：2D 模式下完成红外循迹赛车系统搭建 —— 配置红外传感器、电机驱动模块与 STM32 控制核心参数，设定 “信号采集→方向判断→电机控制” 逻辑；切换至 3D 虚拟赛道场景，查看赛车循迹运行效果，解析控制指令交互逻辑；

· 虚实融合实训：可以把仿真软件的程序下载到证实硬件上执行，可以在真实硬件中验证仿真软件的程序。

· 行业综合项目：开展 “智能赛车竞速系统” 全流程实训：

1.需求分析：根据虚拟赛道难度设定赛车最高速度、循迹误差、完成圈数等指标；

2.系统设计：选型 STM32F103 开发板、红外传感器阵列、直流减速电机，设计 “感知 - 决策 - 控制” 技术架构；

3.开发调试：编写 HAL 库程序集成传感器信号处理、PID 控制，解决赛道转弯时的速度匹配问题；

4.成果验证：在 3D 虚拟赛道中模拟竞速场景，查看赛车运行轨迹、完成时间。

1.支持实验项目管理

在实验项目管理界面，可以查看处理器原理、控制器原理、基础应用、综合项目四部分实验，按顺序路线图由浅到深再到综合项目，让教学更简单。

2.芯片内部外设控制器伤真

可支持STM32F407系列CPU的GPIO控制器、Clock控制等多种控制器的原理仿真。

3.丰富的外设应用组件

各个基础应用实验，在实验操作界面，左侧是实验组件列表，组件列表供我们选择的虚拟仿真组件，可使用鼠标单击后拖拽到操作画布上，组件是抽象出的各种外设器件，仿真软件通过多种外设器件的组合，最终可实现一个完整的硬件系统。

4.2D 界面设备接线

在2D界面中可仿真原理图接线，进行硬件原理仿真，并且可单独查看每个外设模块的属性说明。

5.板级 PCB 图仿真

仿真软件可以根据原理图连接线，自动生成PCB板图，并可查看各个主要器件的封装信息，可直观看到PCB各层图纸。

6.智能验证及错误提示

在通过组件连接后，对于整个实验的逻辑过程有错误的话，会校验出错并通知出错原因，从而使用户能够更快定位错误位置和进行修改。

7.开发板 3D 模型展示

每个模块的3D模型知识点教学，每个应用实验所使用的开发板，都是根据实际器件进行3D模型还原，还可将器件与PCB板进行分离，可更加直观的认识每个电子器件。

8.3D 场景下设备接线

支持在3D场景下对外设器件的接线与仿真，并可支持通过示波器等测量设备对控制信号的测量与分析。

9.程序流程图仿真

每个外设基础应用实验都内置了程序流程图，可通过对流程图每个流程对应的寄存器的配置，进而对要操作的控制器进行初始化，最终实现程序对外设控制器的仿真。

10.真实STM32CubeIDE工程代码仿真

仿真软件可以配合自主研发的KVM，对STM32F4系列CPU的真实程序仿真，可将编译生成的可执行程序直接加载到KVM中运行，无需真实的硬件即可对程序进行仿真调试。

11.综合项目案例

综合项目案例仿真中可以仿真预设项目，也可以自主选择需要的外设进行仿真。主板与外部设备间使用吸合的方式堆叠连接，可自由搭配各种外部设备。

 

12.linux系统仿真

在完全脱离硬件场景下，仿真linux系统运行，支持u-boot、linux内核、linux驱动、文件系统的调试与仿真，可以支持内存查看、断点、单步等调试功能。

13.配套实验文档

每个实验配套实验文档，可实时查看，点击查看实验文档，可以打开当前实验的实验文档，用户可以查看每一步的操作说明，可以在实验过程中对比实验文档操作步骤。

1.外设控制器实验

2.基础应用实验

3.处理器原理实验

4.综合项目案例实验

4.1智能灯光控制系统

4.2智能大棚温控系统

4.3火灾报警系统

4.4智能巡线避障小车

4.5智能机械臂

4.6自定义项目