許添亮 張志勇 趙新妍 長春師范大學 計算機科學與技術(shù)學院

關(guān)鍵字：嵌入式 虛擬仿真平臺 PROTEUS VR

引言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和動力轉(zhuǎn)換以成為發(fā)展的方向，這就需要科技創(chuàng)新為經(jīng)濟提供新的動力。目前物聯(lián)網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用，以嵌入式為基礎(chǔ)實現(xiàn)自動控制和智能化管理成為企業(yè)發(fā)展的方向和趨勢?？梢哉f當今社會，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)完全融入了我們的生活和工作領(lǐng)域當中。嵌入式系統(tǒng)是一門興起流行的交叉學科，它涵蓋了計算機組成原理、c 語言程序設(shè)計、微型計算機原理及應(yīng)用等多種課程內(nèi)容，同時它又是一門實踐性很強的學科，它涵蓋了電子信息技術(shù)、計算機軟件和硬件等多項技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。但不可否認的是，近年來的教學效果并不是很理想，雖然各大高校都建立了相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)的實驗室，卻因涉及的硬件種類繁多、學生動手能力不足和資金限制等諸多原因使得課程的進展困難重重。這就意味著嵌入式系統(tǒng)的教學還有很大的提升空間。嵌入式系統(tǒng)虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)不僅可以充分地彌補傳統(tǒng)實驗室教學的種種不足。克服很多條件限制，又再此基礎(chǔ)上提高了實踐教學的效率，降低實踐教學的資源成本，這便使得學生們的學習積極性大大提高，節(jié)省了學生在實踐過程中的開發(fā)時間。綜上所述，使用此方法進行嵌入式系統(tǒng)的實踐教學，有利于嵌入式系統(tǒng)教學的改革。

1 嵌入式實踐教學所面臨的困難

(1）各大高校先后建立起嵌入式實驗室，但嵌入式系統(tǒng)硬件涉及種類繁多，價格較高，更新速度過快，不可能在一個實驗室中配備齊全。使嵌入式的理論和實踐不能很好的結(jié)合。

(2）嵌入式實踐教學課程相對枯燥，并且難度相對較大，不易集中學生的思維，使學生對課堂失去興趣。填鴨式教學使學生易產(chǎn)生抵抗情緒，注意力分散，不能讓學生深入思考。

(3）實踐教學的教學方式是理論和實驗分離。在嵌入式教學中僅依靠教師講解，學生會感到抽象，難以消化和理解。如教師對于某些概念的講解，往往只是簡單地講述，而對于之后其實驗過程，通過的演示又難以充分表達其變化的細微過程。理論部分教學，學生只能掌握相關(guān)知識點和概念，理論知識如何應(yīng)用到實踐中，真正達到學以致用目標，是教學中存在的重要問題。這樣使得實驗與理論不能很好的結(jié)合到一起。

(4）當前以經(jīng)使用的實驗平臺都是固定模式教學內(nèi)容和環(huán)境，學生只能在實驗平臺提供的實驗板和實驗項目進行學習和研究，對于開展創(chuàng)新性研究有極大的局限性。

2 虛擬仿真平臺的建設(shè)所提供的便利及優(yōu)點

(1）可實時更新數(shù)據(jù)掌握最新資源服務(wù)。嵌入式教學本就是注重理論與實踐的結(jié)合，只懂理論不能實踐是遠遠不行的。隨著科技水平日新月異的發(fā)展，實踐教學對硬件設(shè)備的需求越來越高，而高校則更是面臨著實驗設(shè)備更新?lián)Q代速度快，試驗設(shè)備更新時消耗資源高的難題會隨著虛擬仿真平臺的建設(shè)迎刃而解。

(2）可以使課程更高效。根據(jù)嵌入式課程相對枯燥，難度相對較大的特點。建設(shè)虛擬仿真平臺可以充分利用移動教學終端，更好的提高學生對課程熱情，激發(fā)學生的興趣。通過更加多樣化的教學模式使學生注意力更加集中，從而使課程的學習和實踐更加優(yōu)秀。

(3）可根據(jù)學習者意愿自主安排學習和復習時間。對于一部分學生，不能長期的集中注意，或者對課程的理解程度不同，移動教學終端的優(yōu)點就顯現(xiàn)出來了。學生可以根據(jù)自身的需要選擇適當?shù)臅r間進行學習，并且可以在知識遺忘的時候進行復習或者重新學習，以便于更好的接受學習內(nèi)容。

(4）可激發(fā)學生自主學習的興趣。在現(xiàn)實生活的實踐過程中由于教學資源、實驗設(shè)備等多方面原因?qū)е聦嶒烅椖繂我唬焕谂囵B(yǎng)學生對實驗的興趣，同時更不利于學生對實驗的思考。

(5）可更好的開拓學習者的思維。互聯(lián)網(wǎng)有無數(shù)的可能，有更加豐富的資源以及最新的知識儲備，可以增加學習者之間彼此的交流。相比于傳統(tǒng)教學方式，虛擬仿真平臺能讓學生不拘泥于課本所學，能獲得更加發(fā)散的思維，也有利于提高學生的創(chuàng)新能力。

3 虛擬仿真平臺實踐課程的具體構(gòu)建

嵌入式系統(tǒng)課程已經(jīng)慢慢成為流行的趨勢。利用虛擬仿真技術(shù)，建立相關(guān)電路，寫入?yún)R編程序并設(shè)計，等等一系列操作都慢慢使實驗室教育的效率大幅提高。嵌入式虛擬仿真平臺使用PROTEUS 仿真實現(xiàn)了嵌入式開發(fā)課程的仿真實驗。

學生可以使用PROTEUS 仿真軟件進行虛擬實驗，既可以完成系統(tǒng)功能的設(shè)計，又可以實現(xiàn)外部接口的選擇，如LED，RAM，ROM 等。通過該虛擬仿真平臺進行硬件實驗并完成仿真電路，配合仿真軟件ISIS編寫匯編語言，最終實現(xiàn)電路的仿真實驗，不僅如此，而且提高了學習效率節(jié)省了實驗成本。

4 嵌入式虛擬仿真平臺實驗的具體事例

PORTUES 中節(jié)點技術(shù)的使用方法：

例：設(shè)計一個流水控制電路，由P0 口控制8 個LED 燈的開關(guān)。

(1）元器件列表：

AT89C52 CAP CRYSTAL LED-BLUE RES

(2）電路原理圖，如圖1 所示。

圖1 電路原理圖

(3）程序清單：

#include ＜reg51.h＞

Void Delay()；

Void main()

{

unsigned char I；

unsigned char temp；

P0 = 0xff；

While(1)

{

temp = 0x80；

for(I = 0； i＜8； i++)

{

P0=~temp；

delay()；

temp = temp＞＞1；

}

}

}

Void Delay()

{

unsigned char i，j；

for(i=0； i＜255； i++)

for(j=0； j＜255； j++)；

}

(4）節(jié)電技術(shù)實現(xiàn)的步驟：

第一步：選擇元器件，按電路原理圖的位置安放。

第二步：選擇終端模式下的節(jié)點，并放好。

第三步：快速連線。

第四步：選擇單片機P0.0-P0.7 節(jié)點設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標號P1-P8。

第五步：選擇LED 的8 個節(jié)點，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標號P1-P8。

5 結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)是近幾年新興的學科，因此，嵌入式系統(tǒng)的實踐教學顯得尤為重要，高校實驗室的建設(shè)是推廣虛擬仿真平臺的重要途徑，這也就表明虛擬仿真平臺的建設(shè)和大范圍投入使用刻不容緩。其不拘一格的實踐教學方式可令人進行深度思考，積極參與探索。本文通過研究互聯(lián)網(wǎng)+嵌入式虛擬仿真平臺，熟知其“虛既是實”的優(yōu)勢，構(gòu)建與真實實踐一致的教學環(huán)境，可以進一步提升學生的動手實踐能力，其教學效果是顯著的。但是，嵌入式系統(tǒng)的教學還具有很大的提升空間，該項目的深入開發(fā)還需進行深入研究。