浅谈基于嵌入式系统在教学中的应用论文

2020-07-04实用文

浅谈基于嵌入式系统在教学中的应用论文

  论文关键词:嵌入式系统 Proteus ARM 应用

  论文摘要:本文指出在嵌入式系统课程的各教学环节引入Proteus、ARM(重点介绍Proteus软件)软件,通过动态仿真模型的设计,能用到毕业设计以及创新设计当中。

  1、嵌入式系统的概述

  (1)从技术的角度定义:嵌入式系统是以应用为中心,基础是计算机,能够适应应用系统对功能、可靠性、及功耗严格要求的专用计算机。

  (2)从系统的角度定义:嵌入式系统是能够完成复杂功能的软件和硬件的组合,并使其紧密粘合在一起的计算机系统。“嵌入式”反映出的这些系统是更大系统中的一个完整部分,称为嵌入式系统。

  2、Proteus、ARM软件介绍

  Proteus是由英国Labcenter公司开发的嵌入式系统仿真及开发平台,该软件具有以下特点:

  (1)能进行智能原理布图;进行单片机软件调试和单片机与外围电路的协同仿真;满足单片机软件仿真系统的标准。

  (2)支持常见的单片机类型和飞利浦公司ARM7( LPC系列) 处理器及常见的外围器件如8255,ADC0809。

  (3)可以与Keil Version3,ADS1两个集成开发环境结合,,把用汇编和C语言编写的程序编译后,进行软、硬件结合的系统仿真。

  3、Proteus软件的应用

  3.1 Proteus软件在教学中的应用

  在教学的过程中,老师可以将Proteus和Keil 建立的虚拟实验平台搬到课堂上,能够将实践教学和理论教学融为一体,从而让教学的效果得到提高。下面笔者引进一个实际的课堂教学实例。在讲到外部中断处理过程这一章节时,我们可以将Proteus和Keil进行联调,然后通过仿真处理的步骤,可将单片机处理中断的软件执行过程以及单片机内部资源变化的'情况以一种直观地感受呈现给学生,从而能够达到单纯的理论教学难以达到的效果。

  在运行Protues软件的状态下,按住Proteus中的电路闭合键,P3.2引脚会有一个下跳沿,PC= 0x0003H,指向AJMP INT0的转移命令,堆栈的指针SP= 0.9H,数据存储器的0.8H和0.9H单元存放着0.1H和0.5H,即该处存放着下一条指令的地址。因此,学生能够迅速的知道,当外部有中断地请求时,程序的自动存储功能可以保存断点的地址,同时程序将会转到中断服务程序的入口地址,因为中断请求是由外部中断0产生的,因此程序就会转到外部中断0的入口地址0003H。通过外部中断执行的例子我们可以看出,在课堂教学上使用Protues和Keil 联调建立的实验平台,我们可以将许多抽象概念直观的介绍给学生,使学生不仅能观察到软件执行时单片机内部的I/ O口和存储器的变化,还可以观察到软件程序和外围电路之间的互动过程。

  3.2 Proteus软件的应用

  目前所拥有的单片机实验教学包括两个关键的环节,即课内的实验以及课程的设计。所有的实验操作步骤基本上都是在实验箱上完成的。由于受硬件实验箱结构以及资源的限制,学生在做实验的时候不能将所学的知识和软件充分的融会贯通。所以当我们的学生进行自主设计的时候,很多的学生几乎无法完成综合性的实验。假设采用了Proteus软件的仿真实验,就可以弥补硬件实验能力的不足。基于Proteus软件的实验可以分为以下3个阶段。

  (1)验证阶段。此阶段的主要任务是让学生熟悉Proteus与Keil软件的运行环境,使学生对单片机虚拟系统的仿真有自身的认识。实验指导方面的教材只需要列出实验的任务和要求、Proteus软件的实验原理图、操作的步骤、流程以及和程序相关的源代码等。学生就可可自行根据实验步骤或实验操作得到录像进行操作、调试,以及观察程序的运行结果。

  (2)程序设计阶段。这个阶段主要是培养学生用Proteus绘制系统原理图,以及使用Keil软件进行源程序设计的能力,学生可以根据实验的原理图用Proteus绘制硬件电路图,按照实验的要求完成程序的设计,在Keil的环境下编写出源代码,调试成功后,加载程序到Proteus硬件图仿真。

  (3)综合学习阶段。此阶段的主要目的是激发学生学习兴趣,提高学生的主观能动性、以及培养学生的创新能力。学生自主的根据实验的任务和要求设计出硬件额电路(包括CPU型号、元器件及参数的设置等) 并绘制出Proteus的硬件原理图;根据硬件的功能模块对软件进行设计。完成对软硬件设计之后,需对两者进行联调,充分利用Proteus与Keil软件间的联合仿真的功能,及时的发现并改正硬件电路以及程序源代码的错误。系统仿真成功后,再进行实物的制作。在对课程的设计环节中,需要学生在Proteus环境下绘制出硬件的电路图,在Keil软件中编写出设计程序的源代码,并且在设计硬件电路时后尽可能的考虑到实验箱的有限资源,便于在Keil中编写的程序能够更好的被移植到实验箱上。学生可以针对不同的应用类型,选择最适合的单片机,而不是仅仅局限于课堂上常讲解到的单片机。学生也可在联合仿真成功之后,再去进行电路的焊接、软件系统的调试以及程序的固化等,可以避免因设计方案的不正确所造成的不必要的浪费。

  4、结语

  Proteus和ARM的嵌入式软件在教学中的运用,能充分的利用机房的现有设备,减少了实验设备的硬件维护又与实际的工程系统接近,拉近学习和就业之间的距离。实践证明,这种嵌入式的教学方法不但能降低成本,经济优势明显,而且还具有较高的推广价值。

  参考文献

  [1]万军,马正华.嵌入式系统及应用课程实践教学的研究[J].中国现代教育装备,2009(15):7779.

  [2]李芳,李家庆.基于Proteus+Keil的单片机实验仿真平台[J].中国教育技术装备,2009(4):78.

  [3]陈燕,李娜娜.Proteus和Keil在单片机教学中的应用[J].中国科技信息,2009(20):194195.

  [4]王玮,曹会宁.Proteus仿真软件在单片机一体化教学中的应用[J].机电产品开发与创新,2009,22(5)

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