全栈式硬件到软件开发与结构设计一体化培训方案

1. 方案总体说明

1.1 方案背景与目标

本方案旨在应对工业4.0与智能化转型对技术人才提出的全新要求，通过系统化的课程设计，打通从电路设计、嵌入式开发、上位机软件到机械结构的全技术链条。目标是培养学员具备独立完成小型智能硬件产品从概念到原型，再到软件生态与结构落地的全方位能力。

1.2 课程体系逻辑

本方案采用“纵向深入、横向贯通”的设计原则：

  . 纵向深入：每个科目均遵循“理论基础 -> 工具掌握 -> 核心技能 -> 项目实战”的递进路径，确保技能的深度。

. 横向贯通：通过跨科目合作项目，将硬件、嵌入式、上位机和结构设计有机串联，模拟真实的产品研发流程。

1.3 学习路径建议

路径一（硬件与嵌入式方向）：Cadence -> 51单片机 -> STM32 -> TI DSP -> RK3568 -> C#/Python上位机 -> SQL Server。

路径二（软件与系统集成方向）：Python -> C# -> Java -> SQL Server -> 西门子PLC -> STM32。

路径三（结构设计与系统集成方向）：SolidWorks -> Cero -> 西门子PLC -> C#上位机。

2. 详细培训大纲

2.1 硬件电路设计模块

科目一：Cadence电路设计与仿真

培训费用：8,800元

详细大纲：

(1)、基础入门（20学时）

.  电子设计自动化（EDA）概念与Cadence平台介绍

.  模拟集成电路设计流程详解

.  Virtuoso Schematic Composer：原理图绘制规范与技巧

.  元件库创建与管理

(2)、电路仿真（30学时）

.  Spectre仿真引擎深入解析

.  DC、AC、TRAN、PZ、Noise等分析类型设置与结果解读

.  模型文件（.scs）的导入与使用

.  蒙特卡洛分析与 Corner 分析

(3)、版图设计与验证（40学时）

.  Virtuoso Layout Editor 操作详解

.  匹配、对称、省面积等版图设计技巧

.  DRC（设计规则检查）规则解读与错误修正

.  LVS（版图与原理图对照）流程与故障调试

.  PEX（寄生参数提取）及后仿真

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：设计一个两级运算放大器

.  从指标定义、电路设计、仿真优化到版图实现和最终验证的全流程实践

.  输出完整的项目报告与 GDSII 文件

2.2 嵌入式系统开发模块

科目二：51单片机开发

培训费用：3,800元

详细大纲：

(1)、开发基础（15学时）

.  单片机组成、总线、时钟与时序概念

.  Keil μVision IDE开发环境：工程建立、编译、调试

.  C51编程规范与数据类型

(2)、片上外设驱动开发（35学时）

.  GPIO 输入输出编程（LED、按键扫描）

.  中断系统：外部中断、定时器中断配置与编程

.  定时器/计数器：定时、计数、PWM波形生成

.  UART串口通信：查询与中断方式

.  ADC模块：电压采集与数据滤波处理

(3)、系统设计与应用（25学时）

.  I2C 协议与 EEPROM（AT24C02）读写

.  SPI 协议与温度传感器（DS18B20）驱动

.  LCD1602/12864 液晶显示控制

(4)、项目实战（25学时）

.  实战项目：智能温湿度监测仪

.  集成温湿度采集、LCD显示、串口数据上传功能

.  使用Proteus进行系统仿真与调试

科目三：STM32嵌入式开发

培训费用：6,800元

详细大纲：

(1)、现代嵌入式开发基础（25学时）

.  Cortex-M 处理器架构与 STM32 存储器映射

.  STM32CubeMX 图形化配置工具生成初始化代码

.  HAL库结构与编程模式

(2)、实时操作系统（25学时）

.  FreeRTOS 任务管理与调度机制

.  任务间通信：队列、信号量、事件标志组

.  内存管理与堆栈溢出检测

(3)、高级外设与工业通信（30学时）

.  高级定时器实现电机 FOC 控制

.  DMA 在 ADC、UART 中的应用以解放 CPU

.  CAN 总线通信，实现多节点网络

.  Ethernet 与 LwIP 协议栈

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：基于 CAN 总线的分布式电机控制节点

.  实现一个节点控制电机，另一个节点作为控制面板

.  通过 CAN 总线实现调速指令与状态反馈

科目四：TI DSP 28335 & 6748 双核开发

培训费用：9,800元

详细大纲：

(1)、TMS320F28335 核心开发（40学时）

.  C28x DSP 核与外设架构

.  增强型 PWM（ePWM）模块与 HRPWM 配置

.  捕获模块（eCAP）与正交编码模块（eQEP）

.  ADC 采样精度与时序控制

(2)、 OMAP-L138 (DSP C674x + ARM9) 异构架构（40学时）

.  SysLink / RPMsg 双核通信机制

.  DSP核算法加速（如FFT、滤波器）

.  ARM核运行 Linux 系统与驱动开发

(3)、系统集成与优化（30学时）

.  算法在双核间的分割与部署策略

.  系统低功耗与实时性设计

(4)、项目实战（40学时）

.  实战项目：三相并网逆变器数字控制系统

.  在 28335 上实现电压电流采样与 PWM 调制

.  在 6748 的 DSP 核上实现锁相环（PLL）与功率控制算法

.  在 6748 的 ARM 核上实现网络通信与数据监控

科目五：RK3568 边缘计算开发

培训费用：8,200元

详细大纲：

(1)、嵌入式 Linux 系统定制（35学时）

.  交叉编译环境搭建

.  U-Boot 启动流程分析与移植

.  Linux 内核裁剪、配置与编译

.  设备树（Device Tree）语法与实例编写

(2)、底层驱动与硬件加速（35学时）

.  字符设备驱动开发框架

.  RK3568 NPU 使用与模型转换（RKNN）

.  GPU（Mali-G52） OpenCL 并行计算入门

(3)、AI 应用部署（30学时）

.  模型优化与量化策略

.  摄像头（MIPI-CSI）驱动与视频流处理

.  综合AI应用：基于YOLOv5的实时目标检测系统部署

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：智能门禁考勤系统

.  实现人脸检测与识别、IC卡校验、数据记录与上传

科目六：FPGA系统设计与项目实战高级

培训费用：15,800元

详细大纲：

(1)、数字逻辑设计核心（12课时）

.  组合逻辑电路设计与优化（卡诺图、逻辑表达式）

.  时序逻辑电路深度解析（触发器、寄存器、同步设计方法）

.  有限状态机设计与工程实践（Moore/Mealy模型、状态编码优化）

(2)、Verilog HDL编程精要（16课时）

.  可综合语法全解析（always块、assign语句、模块例化）

.  同步设计规范与代码风格（时钟域、复位策略、代码可读性）

.  Testbench编写与仿真验证（任务与函数、波形分析、覆盖率）

(3)、FPGA架构与开发流程（12课时）

.  Xilinx 7系列/UltraScale+架构深入分析

.  Vivado开发平台全流程实战（从工程创建到比特流生成）

(4)、时序约束与优化（16课时）

.  时钟约束（主时钟、生成时钟、虚拟时钟）

.  输入输出延迟约束与系统同步接口设计

.  时序例外处理与关键路径优化方法

(5)、IP核集成与系统构建（20课时）

.  Xilinx IP核配置与自定义（FIFO、DDR控制器、时钟管理）

.  AXI4总线协议详解与基于IP的复杂系统设计

(6)、嵌入式系统开发（12课时）

.  MicroBlaze软核处理器系统构建

.  硬件加速器设计与软硬件协同优化

(7)、项目实战（32学时）

.  实战项目：高速数据采集与处理平台

.  完成完整的FPGA系统设计

.  实现算法硬件加速模块

.  集成外部存储器与高速接口

.  在线逻辑分析仪使用与调试

.  资源利用率分析与优化

.  功耗评估与热设计考量

2.3 上位机软件开发模块

科目七：VC++ 工业上位机开发

培训费用：4,500元

详细大纲：

(1)、MFC 框架与核心技术（35学时）

.  文档/视图架构深入理解

.  消息映射机制与自定义消息

.  GDI/GDI+ 图形绘制（曲线、仪表盘）

(2)、多线程与实时数据处理（30学时）

.  工作者线程与UI线程的同步

.  线程同步对象（临界区、事件、互斥量）的正确使用

.  高速数据采集与显示的环形缓冲区设计

(3)、工业接口与通信（25学时）

.  串口通信编程（CSerialPort类）

.  网络通信（Socket编程）

.  使用OPC UA客户端与PLC等设备通信

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：多通道数据波形记录仪

.  实现多串口/网络数据接收、实时波形显示、数据文件存储与回放

科目八：C# 工控系统开发

培训费用：4,800元

详细大纲：

(1)、现代化界面与框架（30学时）

.  WPF核心概念（XAML、数据绑定、依赖属性）

.  MVVM（Model-View-ViewModel）设计模式

(2)、工业通信与数据交互（35学时）

.  S7.Net 库与西门子 PLC 通信

.  Modbus TCP/RTU 协议库开发

.  使用OPC UA客户端库

(3)、数据库与报表功能（25学时）

.  Entity Framework Core 操作 SQL Server

.  历史数据查询、趋势图显示

.  使用第三方图表控件（如LiveCharts）

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：包装产线SCADA监控系统

.  监控电机状态、产量计数、设备报警

.  实现订单管理、数据报表生成与导出

科目九：Java 大型工控平台开发

培训费用：4,500元

详细大纲：

(1)、后端服务架构（40学时）

.  Spring Boot 快速搭建 RESTful API

.  Spring Security 实现权限控制

.  MyBatis-Plus 高效操作数据库

(2)、前端与实时数据（30学时）

.  采用 Vue.js 或 React 构建管理后台

.  WebSocket 实现服务端向网页实时推送数据

(3)、平台集成与部署（20学时）

.  微服务拆分与通信

.  使用Docker容器化部署

 (4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：设备运维管理平台（MES子系统）

.  整合设备台账、维修工单、备件库存管理

.  通过接口与底层PLC系统进行数据交换

科目十：Python 数据分析与智能化应用

培训费用：4,200元

详细大纲：

(1)、快速应用开发（25学时）

.  PySide6/PyQt6 界面编程

.  多线程与信号槽机制

(2)、数据处理与AI集成（35学时）

.  NumPy、Pandas 进行数据清洗与分析

.  Matplotlib、Pyecharts 进行数据可视化

.  集成Scikit-learn库实现简单的预测性维护模型

(3)、自动化与测试（20学时）

.  编写自动化测试脚本模拟设备操作

.  使用APScheduler进行任务调度

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：质量数据分析与预警系统

.  从数据库读取生产质量数据，进行SPC（统计过程控制）分析

.  当数据异常时，自动发送邮件或通过API触发警报

2.4 工业控制与数据管理模块

科目十一：西门子S7-1200 PLC与TIA Portal编程

培训费用：5,500元

详细大纲：

(1)、基础与标准化编程（30学时）

.  TIA Portal全集成自动化平台

.  编程语言：LAD（梯形图）、SCL（结构化控制语言）

.  PLC数据类型（DB块）与程序结构（FC/FB）

(2)、工艺对象与通信（35学时）

.  运动控制：控制伺服/步进电机

.  PROFINET 通信：与驱动器、HMI、IO设备组态

.  HMI基础画面组态与变量连接

(3)、系统集成与故障诊断（25学时）

.  PLC与上位机（C#/Python）通过S7协议通信

.  程序调试与在线诊断

.  系统仿真与调试

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：立体仓库堆垛机控制系统

.  实现精确定位、货叉控制、任务调度与安全联锁

科目十二：SQL Server工业数据库管理与开发

培训费用：3,500元

详细大纲：

(1)、核心开发（30学时）

.  T-SQL高级查询（CTE、窗口函数）

.  存储过程、函数、触发器的开发与性能考量

(2)、性能优化与管理（30学时）

.  索引设计与优化（聚集、非聚集、列存储）

.  执行计划解读与查询优化

.  数据库备份与恢复策略

(3)、项目实战（20学时）

.  实战项目：构建工控历史数据库

.  设计库表结构存储设备参数、生产数据、报警事件

.  为SCADA系统和MES平台提供数据服务

2.5 机械结构设计模块

科目十三：Cero（Pro/ENGINEER）高级结构设计

培训费用：7,200元

详细大纲：

(1)、高级建模（40学时）

.  复杂曲面建模与造型技巧

.  自顶向下（TOP-DOWN）设计方法在复杂装配体中的应用

(2)、仿真与分析（35学时）

.  结构静态、模态分析

.  热力学仿真

.  运动学仿真与干涉检查

(3)、工程图与制造输出（15学时）

.  符合国标的工程图标注

.  注释与BOM表（物料清单）生成

(4)、项目实战（30学时）

.  实战项目：精密减速器设计与仿真

.  完成所有零件建模、装配，并进行力学性能评估

科目十四：SolidWorks 快速设计与工程化

培训费用：6,200元

详细大纲：

(1)、高效建模与设计（35学时）

.  参数化与方程式驱动设计

.  配置与设计表，管理产品系列

.  焊件、钣金等专业模块

(2)、自动化与集成（25学时）

.  使用API进行二次开发（如自动出图）

.  与PDM/PLM系统集成

(3)、项目实战（30学时）

.  实战项目：工业级3D打印机结构设计

.  完成机架、运动系统、热床等部件设计并输出工程图

科目十五：模具设计

培训费用：11,000元

详细大纲：

(1)、模具设计理论与软件基础（32学时）

.  模具工程导论，模具分类（注塑、冲压、压铸）、行业标准（GB, MISUMI, HASCO）

.  材料与成型原理塑料成型特性（收缩、流动）、金属板材成形极限。

.  UG NX模具设计入门，软件基础、建模技巧、模具设计专属界面Mold Wizard详解。

.  公差配合与工艺规划，GD&T几何公差、注塑/冲压工艺工序设计

(2)、注塑模具高级设计 (48课时)

.  分型面与成型系统设计，复杂分型面创建、浇注系统（冷/热流道）设计、冷却系统优化。

.  顶出与侧向抽芯机构，斜顶、滑块、液压抽芯等复杂运动机构设计与运动仿真。

.  模流分析（Moldflow）实战，填充、冷却、翘曲、气辅等分析模拟与结果解读。

.  冲压模具设计实务，连续模工艺排样、标准件选用、拉延模结构设计及AutoForm成形仿真分析。

(3)、项目实战（35学时）

.  实战项目：智能家电精密注塑模具设计 或 新能源汽车连接件精密冲压模具设计

.  完成从产品DFM分析、模具结构设计（3D）、主要零件出图（2D）到编制技术文件的完整流程。

.  CAE分析

3. 费用汇总与优惠政策

3.1 单项费用汇总

3.2 优惠政策

(1)、全科套餐价：一次性报名全部15个科目，优惠价 74,500元 (约7.9折)。

(2)、模块套餐价：

.  硬件与嵌入式精英套餐 (Cadence, 51, STM32, TI DSP, RK3568,FPGA)：优惠价 45,500元。

.  上位机全能套餐 (VC++, C#, Java, Python)：优惠价 15,000元。

.  控制与数据套餐 (S7-1200, SQL Server)：优惠价 7,500元。

.  结构设计三雄套餐 (Cero, SolidWorks,模具设计)：优惠价 21,300元。

(3)、企业团报优惠：3人及以上组团报名，在套餐价基础上再享9.5折。

(4)、在校生优惠：凭有效学生证，在套餐价基础上再享9.5折。

费用包含：培训期内实验硬件平台使用、全套课程资料与代码。

费用不包含：学员自有电脑、个人希望单独购买的开发套件。

(5). 实施与保障

教学方式：线上直播 + 录播回放 + 社群答疑 + 线下工作坊（可选）。

师资力量：由平均从业经验超过8年的一线工程师和项目经理担任讲师。

考核与认证：每个科目通过项目答辩考核后，颁发单项技能认证。完成全科学习并通过终极项目考核，颁发“全栈工程师”高级认证。

就业服务：优秀学员纳入人才库，推荐至合作企业就业，项目考核，颁发“全栈工程师”高级认证，推荐至合作企业就业。。