互聯(lián)網(wǎng)+嵌入式VR 虛擬仿真平臺(tái)的研究

許添亮 張志勇 趙新妍 長(zhǎng)春師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

關(guān)鍵字：嵌入式 虛擬仿真平臺(tái) PROTEUS VR

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和動(dòng)力轉(zhuǎn)換以成為發(fā)展的方向，這就需要科技創(chuàng)新為經(jīng)濟(jì)提供新的動(dòng)力。目前物聯(lián)網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用，以嵌入式為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和智能化管理成為企業(yè)發(fā)展的方向和趨勢(shì)?？梢哉f(shuō)當(dāng)今社會(huì)，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)完全融入了我們的生活和工作領(lǐng)域當(dāng)中。嵌入式系統(tǒng)是一門(mén)興起流行的交叉學(xué)科，它涵蓋了計(jì)算機(jī)組成原理、c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用等多種課程內(nèi)容，同時(shí)它又是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，它涵蓋了電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件和硬件等多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。但不可否認(rèn)的是，近年來(lái)的教學(xué)效果并不是很理想，雖然各大高校都建立了相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，卻因涉及的硬件種類(lèi)繁多、學(xué)生動(dòng)手能力不足和資金限制等諸多原因使得課程的進(jìn)展困難重重。這就意味著嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)還有很大的提升空間。嵌入式系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)不僅可以充分地彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的種種不足。克服很多條件限制，又再此基礎(chǔ)上提高了實(shí)踐教學(xué)的效率，降低實(shí)踐教學(xué)的資源成本，這便使得學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性大大提高，節(jié)省了學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中的開(kāi)發(fā)時(shí)間。綜上所述，使用此方法進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)，有利于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的改革。

1 嵌入式實(shí)踐教學(xué)所面臨的困難

(1）各大高校先后建立起嵌入式實(shí)驗(yàn)室，但嵌入式系統(tǒng)硬件涉及種類(lèi)繁多，價(jià)格較高，更新速度過(guò)快，不可能在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中配備齊全。使嵌入式的理論和實(shí)踐不能很好的結(jié)合。

(2）嵌入式實(shí)踐教學(xué)課程相對(duì)枯燥，并且難度相對(duì)較大，不易集中學(xué)生的思維，使學(xué)生對(duì)課堂失去興趣。填鴨式教學(xué)使學(xué)生易產(chǎn)生抵抗情緒，注意力分散，不能讓學(xué)生深入思考。

(3）實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)方式是理論和實(shí)驗(yàn)分離。在嵌入式教學(xué)中僅依靠教師講解，學(xué)生會(huì)感到抽象，難以消化和理解。如教師對(duì)于某些概念的講解，往往只是簡(jiǎn)單地講述，而對(duì)于之后其實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)的演示又難以充分表達(dá)其變化的細(xì)微過(guò)程。理論部分教學(xué)，學(xué)生只能掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和概念，理論知識(shí)如何應(yīng)用到實(shí)踐中，真正達(dá)到學(xué)以致用目標(biāo)，是教學(xué)中存在的重要問(wèn)題。這樣使得實(shí)驗(yàn)與理論不能很好的結(jié)合到一起。

(4）當(dāng)前以經(jīng)使用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)都是固定模式教學(xué)內(nèi)容和環(huán)境，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的實(shí)驗(yàn)板和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，對(duì)于開(kāi)展創(chuàng)新性研究有極大的局限性。

2 虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)所提供的便利及優(yōu)點(diǎn)

(1）可實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)掌握最新資源服務(wù)。嵌入式教學(xué)本就是注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，只懂理論不能實(shí)踐是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不行的。隨著科技水平日新月異的發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)對(duì)硬件設(shè)備的需求越來(lái)越高，而高校則更是面臨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新?lián)Q代速度快，試驗(yàn)設(shè)備更新時(shí)消耗資源高的難題會(huì)隨著虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)迎刃而解。

(2）可以使課程更高效。根據(jù)嵌入式課程相對(duì)枯燥，難度相對(duì)較大的特點(diǎn)。建設(shè)虛擬仿真平臺(tái)可以充分利用移動(dòng)教學(xué)終端，更好的提高學(xué)生對(duì)課程熱情，激發(fā)學(xué)生的興趣。通過(guò)更加多樣化的教學(xué)模式使學(xué)生注意力更加集中，從而使課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐更加優(yōu)秀。

(3）可根據(jù)學(xué)習(xí)者意愿自主安排學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)時(shí)間。對(duì)于一部分學(xué)生，不能長(zhǎng)期的集中注意，或者對(duì)課程的理解程度不同，移動(dòng)教學(xué)終端的優(yōu)點(diǎn)就顯現(xiàn)出來(lái)了。學(xué)生可以根據(jù)自身的需要選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且可以在知識(shí)遺忘的時(shí)候進(jìn)行復(fù)習(xí)或者重新學(xué)習(xí)，以便于更好的接受學(xué)習(xí)內(nèi)容。

(4）可激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。在現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)踐過(guò)程中由于教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等多方面原因?qū)е聦?shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，同時(shí)更不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的思考。

(5）可更好的開(kāi)拓學(xué)習(xí)者的思維?；ヂ?lián)網(wǎng)有無(wú)數(shù)的可能，有更加豐富的資源以及最新的知識(shí)儲(chǔ)備，可以增加學(xué)習(xí)者之間彼此的交流。相比于傳統(tǒng)教學(xué)方式，虛擬仿真平臺(tái)能讓學(xué)生不拘泥于課本所學(xué)，能獲得更加發(fā)散的思維，也有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 虛擬仿真平臺(tái)實(shí)踐課程的具體構(gòu)建

嵌入式系統(tǒng)課程已經(jīng)慢慢成為流行的趨勢(shì)。利用虛擬仿真技術(shù)，建立相關(guān)電路，寫(xiě)入?yún)R編程序并設(shè)計(jì)，等等一系列操作都慢慢使實(shí)驗(yàn)室教育的效率大幅提高。嵌入式虛擬仿真平臺(tái)使用PROTEUS 仿真實(shí)現(xiàn)了嵌入式開(kāi)發(fā)課程的仿真實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生可以使用PROTEUS 仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，既可以完成系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)，又可以實(shí)現(xiàn)外部接口的選擇，如LED，RAM，ROM 等。通過(guò)該虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)并完成仿真電路，配合仿真軟件ISIS編寫(xiě)匯編語(yǔ)言，最終實(shí)現(xiàn)電路的仿真實(shí)驗(yàn)，不僅如此，而且提高了學(xué)習(xí)效率節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本。

4 嵌入式虛擬仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)的具體事例

PORTUES 中節(jié)點(diǎn)技術(shù)的使用方法：

例：設(shè)計(jì)一個(gè)流水控制電路，由P0 口控制8 個(gè)LED 燈的開(kāi)關(guān)。

(1）元器件列表：

AT89C52 CAP CRYSTAL LED-BLUE RES

(2）電路原理圖，如圖1 所示。

圖1 電路原理圖

(3）程序清單：

#include ＜reg51.h＞

Void Delay()；

Void main()

{

unsigned char I；

unsigned char temp；

P0 = 0xff；

While(1)

{

temp = 0x80；

for(I = 0； i＜8； i++)

{

P0=~temp；

delay()；

temp = temp＞＞1；

}

}

}

Void Delay()

{

unsigned char i，j；

for(i=0； i＜255； i++)

for(j=0； j＜255； j++)；

}

(4）節(jié)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的步驟：

第一步：選擇元器件，按電路原理圖的位置安放。

第二步：選擇終端模式下的節(jié)點(diǎn)，并放好。

第三步：快速連線。

第四步：選擇單片機(jī)P0.0-P0.7 節(jié)點(diǎn)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)P1-P8。

第五步：選擇LED 的8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)P1-P8。

5 結(jié)束語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)是近幾年新興的學(xué)科，因此，嵌入式系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)顯得尤為重要，高校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是推廣虛擬仿真平臺(tái)的重要途徑，這也就表明虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)和大范圍投入使用刻不容緩。其不拘一格的實(shí)踐教學(xué)方式可令人進(jìn)行深度思考，積極參與探索。本文通過(guò)研究互聯(lián)網(wǎng)+嵌入式虛擬仿真平臺(tái)，熟知其“虛既是實(shí)”的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建與真實(shí)實(shí)踐一致的教學(xué)環(huán)境，可以進(jìn)一步提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，其教學(xué)效果是顯著的。但是，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)還具有很大的提升空間，該項(xiàng)目的深入開(kāi)發(fā)還需進(jìn)行深入研究。