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淺談基于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軟件）軟件，通過動態仿真模型的設計，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。“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軟件介紹
Proteus是由英國Labcenter公司開發的嵌入式系統仿真及開發平臺，該軟件具有以下特點：
（1）能進行智能原理布圖；進行單片機軟件調試和單片機與外圍電路的協同仿真；滿足單片機軟件仿真系統的標準。
（2）支持常見的單片機類型和飛利浦公司ARM7（ LPC系列） 處理器及常見的外圍器件如8255，ADC0809。
（3）可以與Keil Version3，ADS1兩個集成開發環境結合，，把用匯編和C語言編寫的程序編譯后，進行軟、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實例。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，然后通過仿真處理的步驟，可將單片機處理中斷的軟件執行過程以及單片機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。
在運行Protues軟件的狀態下，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，堆棧的指針SP= 0.9H，數據存儲器的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，學生能夠迅速的知道，當外部有中斷地請求時，程序的自動存儲功能可以保存斷點的地址，同時程序將會轉到中斷服務程序的入口地址，因為中斷請求是由外部中斷0產生的，因此程序就會轉到外部中斷0的入口地址0003H。通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件執行時單片機內部的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軟件的應用
目前所擁有的單片機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。由于受硬件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件充分的融會貫通。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。假設采用了Proteus軟件的仿真實驗，就可以彌補硬件實驗能力的不足。基于Proteus軟件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軟件的運行環境，使學生對單片機虛擬系統的仿真有自身的認識。實驗指導方面的教材只需要列出實驗的任務和要求、Proteus軟件的實驗原理圖、操作的步驟、流程以及和程序相關的源代碼等。學生就可可自行根據實驗步驟或實驗操作得到錄像進行操作、調試，以及觀察程序的運行結果。
（2）程序設計階段。這個階段主要是培養學生用Proteus繪制系統原理圖，以及使用Keil軟件進行源程序設計的能力，學生可以根據實驗的原理圖用Proteus繪制硬件電路圖，按照實驗的要求完成程序的設計，在Keil的環境下編寫出源代碼，調試成功后，加載程序到Proteus硬件圖仿真。
（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行設計。完成對軟硬件設計之后，需對兩者進行聯調，充分利用Proteus與Keil軟件間的聯合仿真的功能，及時的發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，再進行實物的制作。在對課程的設計環節中，需要學生在Proteus環境下繪制出硬件的電路圖，在Keil軟件中編寫出設計程序的源代碼，并且在設計硬件電路時后盡可能的考慮到實驗箱的有限資源，便于在Keil中編寫的程序能夠更好的被移植到實驗箱上。學生可以針對不同的應用類型，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。學生也可在聯合仿真成功之后，再去進行電路的焊接、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
Proteus和ARM的嵌入式軟件在教學中的運用，能充分的利用機房的現有設備，減少了實驗設備的硬件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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