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淺談基于嵌入式系統在教學(xué)中的應用論文
論文關(guān)鍵詞：嵌入式系統 Proteus ARM 應用
論文摘要：本文指出在嵌入式系統課程的各教學(xué)環(huán)節引入Proteus、ARM（重點(diǎn)介紹Proteus軟件）軟件，通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真模型的設計，能用到畢業(yè)設計以及創(chuàng )新設計當中。
1、嵌入式系統的概述
�。�1）從技術(shù)的角度定義：嵌入式系統是以應用為中心，基礎是計算機，能夠適應應用系統對功能、可靠性、及功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機。
�。�2）從系統的角度定義：嵌入式系統是能夠完成復雜功能的軟件和硬件的組合，并使其緊密粘合在一起的計算機系統�！扒度胧健狈从吵龅倪@些系統是更大系統中的一個(gè)完整部分，稱(chēng)為嵌入式系統。
2、Proteus、ARM軟件介紹
Proteus是由英國Labcenter公司開(kāi)發(fā)的嵌入式系統仿真及開(kāi)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)行單片機軟件調試和單片機與外圍電路的協(xié)同仿真；滿(mǎn)足單片機軟件仿真系統的標準。
�。�2）支持常見(jiàn)的單片機類(lèi)型和飛利浦公司ARM7（ LPC系列） 處理器及常見(jiàn)的外圍器件如8255，ADC0809。
�。�3）可以與Keil Version3，ADS1兩個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境結合，，把用匯編和C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序編譯后，進(jìn)行軟、硬件結合的系統仿真。
3、Proteus軟件的應用
3.1 Proteus軟件在教學(xué)中的應用
在教學(xué)的過(guò)程中，老師可以將Proteus和Keil 建立的虛擬實(shí)驗平臺搬到課堂上，能夠將實(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(guò)程這一章節時(shí)，我們可以將Proteus和Keil進(jìn)行聯(lián)調，然后通過(guò)仿真處理的步驟，可將單片機處理中斷的軟件執行過(guò)程以及單片機內部資源變化的情況以一種直觀(guān)地感受呈現給學(xué)生，從而能夠達到單純的理論教學(xué)難以達到的效果。
在運行Protues軟件的狀態(tài)下，按住Proteus中的電路閉合鍵，P3.2引腳會(huì )有一個(gè)下跳沿，PC= 0x0003H，指向AJMP INT0的轉移命令，堆棧的指針SP= 0.9H，數據存儲器的0.8H和0.9H單元存放著(zhù)0.1H和0.5H，即該處存放著(zhù)下一條指令的地址。因此，學(xué)生能夠迅速的知道，當外部有中斷地請求時(shí)，程序的自動(dòng)存儲功能可以保存斷點(diǎn)的地址，同時(shí)程序將會(huì )轉到中斷服務(wù)程序的入口地址，因為中斷請求是由外部中斷0產(chǎn)生的，因此程序就會(huì )轉到外部中斷0的入口地址0003H。通過(guò)外部中斷執行的例子我們可以看出，在課堂教學(xué)上使用Protues和Keil 聯(lián)調建立的實(shí)驗平臺，我們可以將許多抽象概念直觀(guān)的介紹給學(xué)生，使學(xué)生不僅能觀(guān)察到軟件執行時(shí)單片機內部的I/ O口和存儲器的變化，還可以觀(guān)察到軟件程序和外圍電路之間的互動(dòng)過(guò)程。
3.2 Proteus軟件的應用
目前所擁有的單片機實(shí)驗教學(xué)包括兩個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節，即課內的實(shí)驗以及課程的設計。所有的實(shí)驗操作步驟基本上都是在實(shí)驗箱上完成的。由于受硬件實(shí)驗箱結構以及資源的限制，學(xué)生在做實(shí)驗的時(shí)候不能將所學(xué)的知識和軟件充分的融會(huì )貫通。所以當我們的學(xué)生進(jìn)行自主設計的時(shí)候，很多的學(xué)生幾乎無(wú)法完成綜合性的實(shí)驗。假設采用了Proteus軟件的仿真實(shí)驗，就可以彌補硬件實(shí)驗能力的不足�；赑roteus軟件的實(shí)驗可以分為以下3個(gè)階段。
�。�1）驗證階段。此階段的主要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉Proteus與Keil軟件的運行環(huán)境，使學(xué)生對單片機虛擬系統的仿真有自身的認識。實(shí)驗指導方面的教材只需要列出實(shí)驗的任務(wù)和要求、Proteus軟件的實(shí)驗原理圖、操作的步驟、流程以及和程序相關(guān)的源代碼等。學(xué)生就可可自行根據實(shí)驗步驟或實(shí)驗操作得到錄像進(jìn)行操作、調試，以及觀(guān)察程序的運行結果。
�。�2）程序設計階段。這個(gè)階段主要是培養學(xué)生用Proteus繪制系統原理圖，以及使用Keil軟件進(jìn)行源程序設計的能力，學(xué)生可以根據實(shí)驗的原理圖用Proteus繪制硬件電路圖，按照實(shí)驗的要求完成程序的設計，在Keil的環(huán)境下編寫(xiě)出源代碼，調試成功后，加載程序到Proteus硬件圖仿真。
�。�3）綜合學(xué)習階段。此階段的主要目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，提高學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性、以及培養學(xué)生的創(chuàng )新能力。學(xué)生自主的根據實(shí)驗的任務(wù)和要求設計出硬件額電路（包括CPU型號、元器件及參數的設置等） 并繪制出Proteus的硬件原理圖；根據硬件的功能模塊對軟件進(jìn)行設計。完成對軟硬件設計之后，需對兩者進(jìn)行聯(lián)調，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)現并改正硬件電路以及程序源代碼的錯誤。系統仿真成功后，再進(jìn)行實(shí)物的制作。在對課程的設計環(huán)節中，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(xiě)出設計程序的源代碼，并且在設計硬件電路時(shí)后盡可能的考慮到實(shí)驗箱的有限資源，便于在Keil中編寫(xiě)的程序能夠更好的被移植到實(shí)驗箱上。學(xué)生可以針對不同的應用類(lèi)型，選擇最適合的單片機，而不是僅僅局限于課堂上常講解到的單片機。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、軟件系統的調試以及程序的固化等，可以避免因設計方案的不正確所造成的不必要的浪費。
4、結語(yǔ)
Proteus和ARM的嵌入式軟件在教學(xué)中的運用，能充分的利用機房的現有設備，減少了實(shí)驗設備的硬件維護又與實(shí)際的工程系統接近，拉近學(xué)習和就業(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)濟優(yōu)勢明顯，而且還具有較高的推廣價(jià)值。
參考文獻
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