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淺談基于嵌入式系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用論文
論文關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) Proteus ARM 應(yīng)用
論文摘要：本文指出在嵌入式系統(tǒng)課程的各教學(xué)環(huán)節(jié)引入Proteus、ARM（重點(diǎn)介紹Proteus軟件）軟件，通過動態(tài)仿真模型的設(shè)計(jì)，能用到畢業(yè)設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)當(dāng)中。
1、嵌入式系統(tǒng)的概述
�。�1）從技術(shù)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)，能夠適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、及功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)。
（2）從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是能夠完成復(fù)雜功能的軟件和硬件的組合，并使其緊密粘合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)�！扒度胧健狈从吵龅倪@些系統(tǒng)是更大系統(tǒng)中的一個(gè)完整部分，稱為嵌入式系統(tǒng)。
2、Proteus、ARM軟件介紹
Proteus是由英國Labcenter公司開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)仿真及開發(fā)平臺，該軟件具有以下特點(diǎn)：
�。�1）能進(jìn)行智能原理布圖；進(jìn)行單片機(jī)軟件調(diào)試和單片機(jī)與外圍電路的協(xié)同仿真；滿足單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
�。�2）支持常見的單片機(jī)類型和飛利浦公司ARM7（ LPC系列） 處理器及常見的外圍器件如8255，ADC0809。
�。�3）可以與Keil Version3，ADS1兩個(gè)集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合，，把用匯編和C語言編寫的程序編譯后，進(jìn)行軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真。
3、Proteus軟件的應(yīng)用
3.1 Proteus軟件在教學(xué)中的應(yīng)用
在教學(xué)的過程中，老師可以將Proteus和Keil 建立的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺搬到課堂上，能夠?qū)?shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)融為一體，從而讓教學(xué)的效果得到提高。下面筆者引進(jìn)一個(gè)實(shí)際的課堂教學(xué)實(shí)例。在講到外部中斷處理過程這一章節(jié)時(shí)，我們可以將Proteus和Keil進(jìn)行聯(lián)調(diào)，然后通過仿真處理的步驟，可將單片機(jī)處理中斷的軟件執(zhí)行過程以及單片機(jī)內(nèi)部資源變化的情況以一種直觀地感受呈現(xiàn)給學(xué)生，從而能夠達(dá)到單純的理論教學(xué)難以達(dá)到的效果。
在運(yùn)行Protues軟件的狀態(tài)下，按住Proteus中的電路閉合鍵，P3.2引腳會有一個(gè)下跳沿，PC= 0x0003H，指向AJMP INT0的轉(zhuǎn)移命令，堆棧的指針SP= 0.9H，數(shù)據(jù)存儲器的0.8H和0.9H單元存放著0.1H和0.5H，即該處存放著下一條指令的地址。因此，學(xué)生能夠迅速的知道，當(dāng)外部有中斷地請求時(shí)，程序的自動存儲功能可以保存斷點(diǎn)的地址，同時(shí)程序?qū)D(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的入口地址，因?yàn)橹袛嗾埱笫怯赏獠恐袛?產(chǎn)生的，因此程序就會轉(zhuǎn)到外部中斷0的入口地址0003H。通過外部中斷執(zhí)行的例子我們可以看出，在課堂教學(xué)上使用Protues和Keil 聯(lián)調(diào)建立的實(shí)驗(yàn)平臺，我們可以將許多抽象概念直觀的介紹給學(xué)生，使學(xué)生不僅能觀察到軟件執(zhí)行時(shí)單片機(jī)內(nèi)部的I/ O口和存儲器的變化，還可以觀察到軟件程序和外圍電路之間的互動過程。
3.2 Proteus軟件的應(yīng)用
目前所擁有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括兩個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，即課內(nèi)的實(shí)驗(yàn)以及課程的設(shè)計(jì)。所有的實(shí)驗(yàn)操作步驟基本上都是在實(shí)驗(yàn)箱上完成的。由于受硬件實(shí)驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)以及資源的限制，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候不能將所學(xué)的知識和軟件充分的融會貫通。所以當(dāng)我們的學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)的時(shí)候，很多的學(xué)生幾乎無法完成綜合性的實(shí)驗(yàn)。假設(shè)采用了Proteus軟件的仿真實(shí)驗(yàn)，就可以彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牟蛔��；赑roteus軟件的實(shí)驗(yàn)可以分為以下3個(gè)階段。
�。�1）驗(yàn)證階段。此階段的主要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉Proteus與Keil軟件的運(yùn)行環(huán)境，使學(xué)生對單片機(jī)虛擬系統(tǒng)的仿真有自身的認(rèn)識。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方面的教材只需要列出實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要求、Proteus軟件的實(shí)驗(yàn)原理圖、操作的步驟、流程以及和程序相關(guān)的源代碼等。學(xué)生就可可自行根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟或?qū)嶒?yàn)操作得到錄像進(jìn)行操作、調(diào)試，以及觀察程序的運(yùn)行結(jié)果。
�。�2）程序設(shè)計(jì)階段。這個(gè)階段主要是培養(yǎng)學(xué)生用Proteus繪制系統(tǒng)原理圖，以及使用Keil軟件進(jìn)行源程序設(shè)計(jì)的能力，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理圖用Proteus繪制硬件電路圖，按照實(shí)驗(yàn)的要求完成程序的設(shè)計(jì)，在Keil的環(huán)境下編寫出源代碼，調(diào)試成功后，加載程序到Proteus硬件圖仿真。
�。�3）綜合學(xué)習(xí)階段。此階段的主要目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主觀能動性、以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生自主的根據(jù)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要求設(shè)計(jì)出硬件額電路（包括CPU型號、元器件及參數(shù)的設(shè)置等） 并繪制出Proteus的硬件原理圖；根據(jù)硬件的功能模塊對軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。完成對軟硬件設(shè)計(jì)之后，需對兩者進(jìn)行聯(lián)調(diào)，充分利用Proteus與Keil軟件間的聯(lián)合仿真的功能，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并改正硬件電路以及程序源代碼的錯(cuò)誤。系統(tǒng)仿真成功后，再進(jìn)行實(shí)物的制作。在對課程的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生在Proteus環(huán)境下繪制出硬件的電路圖，在Keil軟件中編寫出設(shè)計(jì)程序的源代碼，并且在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)后盡可能的考慮到實(shí)驗(yàn)箱的有限資源，便于在Keil中編寫的程序能夠更好的被移植到實(shí)驗(yàn)箱上。學(xué)生可以針對不同的應(yīng)用類型，選擇最適合的單片機(jī)，而不是僅僅局限于課堂上常講解到的單片機(jī)。學(xué)生也可在聯(lián)合仿真成功之后，再去進(jìn)行電路的焊接、軟件系統(tǒng)的調(diào)試以及程序的固化等，可以避免因設(shè)計(jì)方案的不正確所造成的不必要的浪費(fèi)。
4、結(jié)語
Proteus和ARM的嵌入式軟件在教學(xué)中的運(yùn)用，能充分的利用機(jī)房的現(xiàn)有設(shè)備，減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件維護(hù)又與實(shí)際的工程系統(tǒng)接近，拉近學(xué)習(xí)和就業(yè)之間的距離。實(shí)踐證明，這種嵌入式的教學(xué)方法不但能降低成本，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，而且還具有較高的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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