淺談基於嵌入式系統在教學中的應用論文

　　論文關鍵詞：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環節引入Proteus、ARM（重點介紹Proteus軟體）軟體，透過動態模擬模型的設計，能用到畢業設計以及創新設計當中。

　　1、嵌入式系統的概述

　　（1）從技術的角度定義：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用計算機。

　　（2）從系統的角度定義：嵌入式系統是能夠完成複雜功能的軟體和硬體的組合，並使其緊密粘合在一起的計算機系統。“嵌入式”反映出的這些系統是更大系統中的一個完整部分，稱為嵌入式系統。

　　2、Proteus、ARM軟體介紹

　　Proteus是由英國Labcenter公司開發的嵌入式系統模擬及開發平臺，該軟體具有以下特點：

　　（1）能進行智慧原理布圖；進行微控制器軟體除錯和微控制器與外圍電路的協同模擬；滿足微控制器軟體模擬系統的標準。

　　（2）支援常見的微控制器型別和飛利浦公司ARM7（ LPC系列）處理器及常見的外圍器件如8255，ADC0809。

　　（3）可以與Keil Version3，ADS1兩個整合開發環境結合，，把用匯編和C語言編寫的程式編譯後，進行軟、硬體結合的系統模擬。

　　3、Proteus軟體的應用

　　3.1 Proteus軟體在教學中的應用

　　在教學的過程中，老師可以將Proteus和Keil 建立的虛擬實驗平臺搬到課堂上，能夠將實踐教學和理論教學融為一體，從而讓教學的效果得到提高。下面筆者引進一個實際的課堂教學例項。在講到外部中斷處理過程這一章節時，我們可以將Proteus和Keil進行聯調，然後透過模擬處理的步驟，可將微控制器處理中斷的軟體執行過程以及微控制器內部資源變化的情況以一種直觀地感受呈現給學生，從而能夠達到單純的理論教學難以達到的效果。

　　在執行Protues軟體的狀態下，按住Proteus中的電路閉合鍵，P3.2引腳會有一個下跳沿，PC= 0x0003H，指向AJMP INT0的轉移命令，堆疊的指標SP= 0.9H，資料儲存器的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，學生能夠迅速的知道，當外部有中斷地請求時，程式的自動儲存功能可以儲存斷點的地址，同時程式將會轉到中斷服務程式的入口地址，因為中斷請求是由外部中斷0產生的，因此程式就會轉到外部中斷0的入口地址0003H。透過外部中斷執行的例子我們可以看出，在課堂教學上使用Protues和Keil 聯調建立的實驗平臺，我們可以將許多抽象概念直觀的介紹給學生，使學生不僅能觀察到軟體執行時微控制器內部的I/ O口和儲存器的變化，還可以觀察到軟體程式和外圍電路之間的互動過程。

　　3.2 Proteus軟體的應用

　　目前所擁有的微控制器實驗教學包括兩個關鍵的環節，即課內的實驗以及課程的設計。所有的實驗操作步驟基本上都是在實驗箱上完成的。由於受硬體實驗箱結構以及資源的限制，學生在做實驗的時候不能將所學的知識和軟體充分的融會貫通。所以當我們的學生進行自主設計的時候，很多的學生幾乎無法完成綜合性的實驗。假設採用了Proteus軟體的模擬實驗，就可以彌補硬體實驗能力的不足。基於Proteus軟體的實驗可以分為以下3個階段。

　　（1）驗證階段。此階段的主要任務是讓學生熟悉Proteus與Keil軟體的.執行環境，使學生對微控制器虛擬系統的模擬有自身的認識。實驗指導方面的教材只需要列出實驗的任務和要求、Proteus軟體的實驗原理圖、操作的步驟、流程以及和程式相關的原始碼等。學生就可可自行根據實驗步驟或實驗操作得到錄影進行操作、除錯，以及觀察程式的執行結果。

　　（2）程式設計階段。這個階段主要是培養學生用Proteus繪製系統原理圖，以及使用Keil軟體進行源程式設計的能力，學生可以根據實驗的原理圖用Proteus繪製硬體電路圖，按照實驗的要求完成程式的設計，在Keil的環境下編寫出原始碼，除錯成功後，載入程式到Proteus硬體圖模擬。

　　（3）綜合學習階段。此階段的主要目的是激發學生學習興趣，提高學生的主觀能動性、以及培養學生的創新能力。學生自主的根據實驗的任務和要求設計出硬體額電路（包括CPU型號、元器件及引數的設定等）並繪製出Proteus的硬體原理圖；根據硬體的功能模組對軟體進行設計。完成對軟硬體設計之後，需對兩者進行聯調，充分利用Proteus與Keil軟體間的聯合模擬的功能，及時的發現並改正硬體電路以及程式原始碼的錯誤。系統模擬成功後，再進行實物的製作。在對課程的設計環節中，需要學生在Proteus環境下繪製出硬體的電路圖，在Keil軟體中編寫出設計程式的原始碼，並且在設計硬體電路時後儘可能的考慮到實驗箱的有限資源，便於在Keil中編寫的程式能夠更好的被移植到實驗箱上。學生可以針對不同的應用型別，選擇最適合的微控制器，而不是僅僅侷限於課堂上常講解到的微控制器。學生也可在聯合模擬成功之後，再去進行電路的焊接、軟體系統的除錯以及程式的固化等，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

　　Proteus和ARM的嵌入式軟體在教學中的運用，能充分的利用機房的現有裝置，減少了實驗裝置的硬體維護又與實際的工程系統接近，拉近學習和就業之間的距離。實踐證明，這種嵌入式的教學方法不但能降低成本，經濟優勢明顯，而且還具有較高的推廣價值。

　　參考文獻

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