互聯網+嵌入式VR 虛擬仿真平臺的研究

許添亮 張志勇 趙新妍 長春師范大學 計算機科學與技術學院

關鍵字：嵌入式 虛擬仿真平臺 PROTEUS VR

引言

隨著我國經濟快速發展，經濟的結構優化和動力轉換以成為發展的方向，這就需要科技創新為經濟提供新的動力。目前物聯網得到廣泛應用，以嵌入式為基礎實現自動控制和智能化管理成為企業發展的方向和趨勢。可以說當今社會，嵌入式系統已經完全融入了我們的生活和工作領域當中。嵌入式系統是一門興起流行的交叉學科，它涵蓋了計算機組成原理、c 語言程序設計、微型計算機原理及應用等多種課程內容，同時它又是一門實踐性很強的學科，它涵蓋了電子信息技術、計算機軟件和硬件等多項技術領域的應用。但不可否認的是，近年來的教學效果并不是很理想，雖然各大高校都建立了相應的嵌入式系統的實驗室，卻因涉及的硬件種類繁多、學生動手能力不足和資金限制等諸多原因使得課程的進展困難重重。這就意味著嵌入式系統的教學還有很大的提升空間。嵌入式系統虛擬仿真實驗平臺的建設不僅可以充分地彌補傳統實驗室教學的種種不足。克服很多條件限制，又再此基礎上提高了實踐教學的效率，降低實踐教學的資源成本，這便使得學生們的學習積極性大大提高，節省了學生在實踐過程中的開發時間。綜上所述，使用此方法進行嵌入式系統的實踐教學，有利于嵌入式系統教學的改革。

1 嵌入式實踐教學所面臨的困難

(1）各大高校先后建立起嵌入式實驗室，但嵌入式系統硬件涉及種類繁多，價格較高，更新速度過快，不可能在一個實驗室中配備齊全。使嵌入式的理論和實踐不能很好的結合。

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

(3）實踐教學的教學方式是理論和實驗分離。在嵌入式教學中僅依靠教師講解，學生會感到抽象，難以消化和理解。如教師對于某些概念的講解，往往只是簡單地講述，而對于之后其實驗過程，通過的演示又難以充分表達其變化的細微過程。理論部分教學，學生只能掌握相關知識點和概念，理論知識如何應用到實踐中，真正達到學以致用目標，是教學中存在的重要問題。這樣使得實驗與理論不能很好的結合到一起。

(4）當前以經使用的實驗平臺都是固定模式教學內容和環境，學生只能在實驗平臺提供的實驗板和實驗項目進行學習和研究，對于開展創新性研究有極大的局限性。

2 虛擬仿真平臺的建設所提供的便利及優點

(1）可實時更新數據掌握最新資源服務。嵌入式教學本就是注重理論與實踐的結合，只懂理論不能實踐是遠遠不行的。隨著科技水平日新月異的發展，實踐教學對硬件設備的需求越來越高，而高校則更是面臨著實驗設備更新換代速度快，試驗設備更新時消耗資源高的難題會隨著虛擬仿真平臺的建設迎刃而解。

(2）可以使課程更高效。根據嵌入式課程相對枯燥，難度相對較大的特點。建設虛擬仿真平臺可以充分利用移動教學終端，更好的提高學生對課程熱情，激發學生的興趣。通過更加多樣化的教學模式使學生注意力更加集中，從而使課程的學習和實踐更加優秀。

(3）可根據學習者意愿自主安排學習和復習時間。對于一部分學生，不能長期的集中注意，或者對課程的理解程度不同，移動教學終端的優點就顯現出來了。學生可以根據自身的需要選擇適當的時間進行學習，并且可以在知識遺忘的時候進行復習或者重新學習，以便于更好的接受學習內容。

(4）可激發學生自主學習的興趣。在現實生活的實踐過程中由于教學資源、實驗設備等多方面原因導致實驗項目單一，不利于培養學生對實驗的興趣，同時更不利于學生對實驗的思考。

(5）可更好的開拓學習者的思維。互聯網有無數的可能，有更加豐富的資源以及最新的知識儲備，可以增加學習者之間彼此的交流。相比于傳統教學方式，虛擬仿真平臺能讓學生不拘泥于課本所學，能獲得更加發散的思維，也有利于提高學生的創新能力。

3 虛擬仿真平臺實踐課程的具體構建

嵌入式系統課程已經慢慢成為流行的趨勢。利用虛擬仿真技術，建立相關電路，寫入匯編程序并設計，等等一系列操作都慢慢使實驗室教育的效率大幅提高。嵌入式虛擬仿真平臺使用PROTEUS 仿真實現了嵌入式開發課程的仿真實驗。

學生可以使用PROTEUS 仿真軟件進行虛擬實驗，既可以完成系統功能的設計，又可以實現外部接口的選擇，如LED，RAM，ROM 等。通過該虛擬仿真平臺進行硬件實驗并完成仿真電路，配合仿真軟件ISIS編寫匯編語言，最終實現電路的仿真實驗，不僅如此，而且提高了學習效率節省了實驗成本。

4 嵌入式虛擬仿真平臺實驗的具體事例

PORTUES 中節點技術的使用方法：

例：設計一個流水控制電路，由P0 口控制8 個LED 燈的開關。

(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）節電技術實現的步驟：

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點，并放好。

第三步：快速連線。

第四步：選擇單片機P0.0-P0.7 節點設置網絡標號P1-P8。

第五步：選擇LED 的8 個節點，設置網絡標號P1-P8。

5 結束語

嵌入式系統是近幾年新興的學科，因此，嵌入式系統的實踐教學顯得尤為重要，高校實驗室的建設是推廣虛擬仿真平臺的重要途徑，這也就表明虛擬仿真平臺的建設和大范圍投入使用刻不容緩。其不拘一格的實踐教學方式可令人進行深度思考，積極參與探索。本文通過研究互聯網+嵌入式虛擬仿真平臺，熟知其“虛既是實”的優勢，構建與真實實踐一致的教學環境，可以進一步提升學生的動手實踐能力，其教學效果是顯著的。但是，嵌入式系統的教學還具有很大的提升空間，該項目的深入開發還需進行深入研究。