互联网+嵌入式VR 虚拟仿真平台的研究

许添亮 张志勇 赵新妍 长春师范大学 计算机科学与技术学院

关键字：嵌入式 虚拟仿真平台 PROTEUS VR

引言

随着我国经济快速发展，经济的结构优化和动力转换以成为发展的方向，这就需要科技创新为经济提供新的动力。目前物联网得到广泛应用，以嵌入式为基础实现自动控制和智能化管理成为企业发展的方向和趋势。可以说当今社会，嵌入式系统已经完全融入了我们的生活和工作领域当中。嵌入式系统是一门兴起流行的交叉学科，它涵盖了计算机组成原理、c 语言程序设计、微型计算机原理及应用等多种课程内容，同时它又是一门实践性很强的学科，它涵盖了电子信息技术、计算机软件和硬件等多项技术领域的应用。但不可否认的是，近年来的教学效果并不是很理想，虽然各大高校都建立了相应的嵌入式系统的实验室，却因涉及的硬件种类繁多、学生动手能力不足和资金限制等诸多原因使得课程的进展困难重重。这就意味着嵌入式系统的教学还有很大的提升空间。嵌入式系统虚拟仿真实验平台的建设不仅可以充分地弥补传统实验室教学的种种不足。克服很多条件限制，又再此基础上提高了实践教学的效率，降低实践教学的资源成本，这便使得学生们的学习积极性大大提高，节省了学生在实践过程中的开发时间。综上所述，使用此方法进行嵌入式系统的实践教学，有利于嵌入式系统教学的改革。

1 嵌入式实践教学所面临的困难

(1）各大高校先后建立起嵌入式实验室，但嵌入式系统硬件涉及种类繁多，价格较高，更新速度过快，不可能在一个实验室中配备齐全。使嵌入式的理论和实践不能很好的结合。

(2）嵌入式实践教学课程相对枯燥，并且难度相对较大，不易集中学生的思维，使学生对课堂失去兴趣。填鸭式教学使学生易产生抵抗情绪，注意力分散，不能让学生深入思考。

(3）实践教学的教学方式是理论和实验分离。在嵌入式教学中仅依靠教师讲解，学生会感到抽象，难以消化和理解。如教师对于某些概念的讲解，往往只是简单地讲述，而对于之后其实验过程，通过的演示又难以充分表达其变化的细微过程。理论部分教学，学生只能掌握相关知识点和概念，理论知识如何应用到实践中，真正达到学以致用目标，是教学中存在的重要问题。这样使得实验与理论不能很好的结合到一起。

(4）当前以经使用的实验平台都是固定模式教学内容和环境，学生只能在实验平台提供的实验板和实验项目进行学习和研究，对于开展创新性研究有极大的局限性。

2 虚拟仿真平台的建设所提供的便利及优点

(1）可实时更新数据掌握最新资源服务。嵌入式教学本就是注重理论与实践的结合，只懂理论不能实践是远远不行的。随着科技水平日新月异的发展，实践教学对硬件设备的需求越来越高，而高校则更是面临着实验设备更新换代速度快，试验设备更新时消耗资源高的难题会随着虚拟仿真平台的建设迎刃而解。

(2）可以使课程更高效。根据嵌入式课程相对枯燥，难度相对较大的特点。建设虚拟仿真平台可以充分利用移动教学终端，更好的提高学生对课程热情，激发学生的兴趣。通过更加多样化的教学模式使学生注意力更加集中，从而使课程的学习和实践更加优秀。

(3）可根据学习者意愿自主安排学习和复习时间。对于一部分学生，不能长期的集中注意，或者对课程的理解程度不同，移动教学终端的优点就显现出来了。学生可以根据自身的需要选择适当的时间进行学习，并且可以在知识遗忘的时候进行复习或者重新学习，以便于更好的接受学习内容。

(4）可激发学生自主学习的兴趣。在现实生活的实践过程中由于教学资源、实验设备等多方面原因导致实验项目单一，不利于培养学生对实验的兴趣，同时更不利于学生对实验的思考。

(5）可更好的开拓学习者的思维。互联网有无数的可能，有更加丰富的资源以及最新的知识储备，可以增加学习者之间彼此的交流。相比于传统教学方式，虚拟仿真平台能让学生不拘泥于课本所学，能获得更加发散的思维，也有利于提高学生的创新能力。

3 虚拟仿真平台实践课程的具体构建

嵌入式系统课程已经慢慢成为流行的趋势。利用虚拟仿真技术，建立相关电路，写入汇编程序并设计，等等一系列操作都慢慢使实验室教育的效率大幅提高。嵌入式虚拟仿真平台使用PROTEUS 仿真实现了嵌入式开发课程的仿真实验。

学生可以使用PROTEUS 仿真软件进行虚拟实验，既可以完成系统功能的设计，又可以实现外部接口的选择，如LED，RAM，ROM 等。通过该虚拟仿真平台进行硬件实验并完成仿真电路，配合仿真软件ISIS编写汇编语言，最终实现电路的仿真实验，不仅如此，而且提高了学习效率节省了实验成本。

4 嵌入式虚拟仿真平台实验的具体事例

PORTUES 中节点技术的使用方法：

例：设计一个流水控制电路，由P0 口控制8 个LED 灯的开关。

(1）元器件列表：

AT89C52 CAP CRYSTAL LED-BLUE RES

(2）电路原理图，如图1 所示。

图1 电路原理图

(3）程序清单：

#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）节电技术实现的步骤：

第一步：选择元器件，按电路原理图的位置安放。

第二步：选择终端模式下的节点，并放好。

第三步：快速连线。

第四步：选择单片机P0.0-P0.7 节点设置网络标号P1-P8。

第五步：选择LED 的8 个节点，设置网络标号P1-P8。

5 结束语

嵌入式系统是近几年新兴的学科，因此，嵌入式系统的实践教学显得尤为重要，高校实验室的建设是推广虚拟仿真平台的重要途径，这也就表明虚拟仿真平台的建设和大范围投入使用刻不容缓。其不拘一格的实践教学方式可令人进行深度思考，积极参与探索。本文通过研究互联网+嵌入式虚拟仿真平台，熟知其“虚既是实”的优势，构建与真实实践一致的教学环境，可以进一步提升学生的动手实践能力，其教学效果是显著的。但是，嵌入式系统的教学还具有很大的提升空间，该项目的深入开发还需进行深入研究。