基于嵌入式系统在教学中的应用

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.

关 键 词：嵌入式系统ProteusARM应用

中图分类号：TP368.1文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）10-0117-01

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）处理器及常见的器件如8255,ADC0809.

（3）可以与KeilVersion3,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

3.1Proteus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等于0x0003H,指向AJMPINT0的转移命令,堆栈的指针SP等于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怎么写作程序的入口地址,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电路之间的互动过程.

3.2Proteus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.检测设采用了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.