随着嵌入式技术的不断发展,嵌入式系统应用日益广泛,其应用已深入到社会生产和社会生活的方方面面。而且可以预见,随着计算机技术、通信技术、网络技术、半导体技术的快速发展和应用的迅速普及,嵌入式应用会更加广泛。嵌入式技术已成为当今国际IT领域最热门、最有前途的技术之一。社会对掌握嵌入式技术的人才的需求不断增加。为此,国内高校纷纷开始开设嵌入式系统专业或相关专业,原来的单片机课程也大都改名为嵌入式系统基础类课程,以培养社会所需的嵌入式技术应用人才。
　　
　　 一、目前嵌入式系统课堂教学及实验教学中存在的问题
　　
　　1. 据调查,大多数高校的嵌入式系统(单片机)课堂教学多以理论教学为主,实验教学也多是进行验证性的实验。实际上,嵌入式系统是一门实践性很强的技术性课程。教学中需要很多硬件设备,如电脑、仿真机、实验电路、编程器及必要电子元器件等。一般理论课堂难以借助硬件进行教学,即便演示,效果也不好,一般单片机实验箱也只能起验证实验的作用。
　　2. 实验课堂也存在严重问题,由于实验室面积不足、实验设备不足,造成学生只能在实验教学课程规定的有限时间内,集体完成或者说重复一些简单的实验。除此之外,学生很难再有其他实践机会。而且实验室常见就是单片机实验箱,这个实验箱是个半成品,学生难以参与其中的设计细节,影响了学生动手能力的训练与提高,影响了学生主动性的充分发挥,影响了学生综合技能的培养与提高。
　　3. 实验设备不仅不足,而且落后。传统的单片机实验室建立成本高,一般高校很难做到学生人手一套实验开发系统进行单片机实验与开发。就算有,由于技术的不断更新,设备的不断老化,实验仪器也会很快落后。要解决此问题,就需要不断更新实验室设备,造成资金重复投入。
　　4. 嵌入式系统所用的核心器件——微控制器(简称MCU)种类繁多,目前主流MCU有传统的51系列、AVR、PIC系列以及ARM类MCU。随着社会对人才需求快速变化,高校的嵌入式系统课程需要不断调整,课程中核心器件也会改变,原来的实验设备将被完全废弃,必须配备新的实验设备,造成教育资金的极大浪费。
　　总之,大多数高校在嵌入式系统人才培养的教学手段和方法方面存在很多不足,远不能适应社会对新技术的需求。采用先进技术改进目前嵌入式系统的教学方法和手段,已是当务之急。
　　为此,本文以Proteus为核心整合了Keil Realview MDK和MPLAB开发包,构建了一个嵌入式系统虚拟综合教学实验平台,为解决以上问题提供了一个可供参考的方案。
　　
　　 二、Proteus主要功能和特点
　　
　　Proteus软件由英国LabCenter Electronics公司于1988年研发并推向市场,历经20多年的发展,已经成为从概念到实现的、一个完整的电子产品设计工具软件,它包括原理图设计、仿真与调试,在国外的应用比较广泛,近几年才受到国内电子行业的关注。该工具的出现正在改变着传统的嵌入式系统设计开发方式。其主要特点如下:
　　1. Proteus是一种基于SPICE仿真引擎的混合电路仿真软件。它不仅能仿真模拟、数字电路,以及模数混合电路,更具特色的是它能够仿真基于MCU的电子系统,且是目前国际上唯一能够实现基于MCU的模拟、数字混合系统综合设计仿真的软件。
　　2. Protesu支持多种主流的微控制器,如MCS-51及其派生系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、PIC24系列的微控制器,以及基于ARM7内核的LPC2100系列。以上微控制器模型的支持保证了目前嵌入式系统教学的多样性要求,降低了实验的硬件成本。
　　3. Proteus提供了丰富的电子元器件仿真模块,其元件库中包含6 000多种常用电子器件的可用标准SPICE模型,嵌入式系统常用的MCU外围器件,如总线驱动器74LS373、可编程外围定时器8253、并行接口8255、多位数码管、LCD图形模块、矩阵式键盘、蜂鸣器、实时时钟DS1302、多种A/D和D/A转换器。此外,对于元件库中没有的器件,合法用户还可根据自己的需要自行开发或向LabCenter Electronics公司申请模型支持,该公司一般在一周之内提供相应的器件模型。
　　4. Proteus提供了丰富的激励信号源以供虚拟环境电路测试使用,其中包括各种各样的模拟激励信号和各种各样的数字激励信号,而且它还具有多功能测试分析仪器,如交直流电压(电流)表、示波器、逻辑分析仪、计数器、SPI调试器、I2C调试器、R232终端、信号发生器、点阵图形发生器等。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
　　5. 和其他EDA工具相比,Proteus的革命性突破是针对微处理器的应用。它提供了两种关于嵌入式系统软硬件综合调试方式:一种是在系统硬件原理图的基础上直接进行软件(汇编或高级语言)源代码级的实时跟踪调试,即直接在基于原理图的虚拟原型上编程、调试,并进行软件源码级的实时跟踪与单步调试,同时可以随时查看MCU各寄存器或引脚的状态;第二种就是工程调试方式,即利用其显示输出模型和外围电路,并配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,查看系统运行后输入输出的效果,查看系统的整体行为。此时调试,关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验,从某种意义上讲,缓解了实验和工程应用间脱节的矛盾。
　　Proteus不仅具有以上基于MCU的电子系统的原理图的设计、仿真与调试,它还可以将调试好的原理图PCB图生成多种格式的网络表文件,供相应的专业PCB设计工具调用,为后续的PCB设计提供了方便。
　　
　　 三、虚拟教学实验平台的构成和使用
　　
　　Proteus设计系统集成了多种MCU的汇编编译器,如PIC的编译器MPASM、51的ASEM51、AVR的ARVASM等。既可以使用Proteus自身提供的源代码编辑器,也可使用Windows的记事本或其他文本编辑软件,编写汇编程序,之后便可在Proteus环境下调用相应的编译器进行编译、仿真调试。Proteus还允许第三方IDE软件开发工具(如Keil公司的Realview MDK 3.10、Microchip公司的MPLAB 7.6等)编写源代码,并编译生成可执行文件(如HEX或COD文件),然后切换到Proteus系统,进行仿真调试。虚拟教学实验平台的构成如下:
硬件:一台主频在2.0GHz以上、内存在512MHz以上的PC机。
　　软件:① Proteus 7.1 SP4,可从经销商处购买正版或到LabCenter Electronics公司网站下载Demo版试用;② Keil公司的Realview MDK 3.10(需从经销商处购买正版软件或到Keil公司网站下载Demo版试用)或Microchip公司的MPLAB 7.6软件(可到Microchip公司网站免费下载使用);③ Proteus VSM Driver for Keil C 和Proteus VSM Driver for MPLAB(可到LabCenter Electronics公司网站免费下载)。 (责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）