嵌入式遞階教學實驗平臺研究與實現(xiàn)

陜西服裝工程學院 呂 明

嵌入式遞階教學實驗平臺研究與實現(xiàn)

陜西服裝工程學院 呂 明

針對嵌入階梯教學實驗平臺進行分析，闡述了如何實施系統(tǒng)的總體設計，詳細分析了嵌入式遞階教學平臺，在這一系統(tǒng)當中，主要包含的內容有計算機和目標實驗板。此外，研究了核心板硬件設計和底層板設計兩方面內容，其中核板硬件，組成內容主要有微處理器、芯片最小系統(tǒng)以及拓展板接口，底層板主要是為了加強外圍功能接口應用學習，并且針對教學基礎性實驗的不同要求，設計了不同形式的功能模塊。最后，分析了遞階教學平臺CDIO模式的實現(xiàn)并闡述了CDIO應用模式遞階實驗的實現(xiàn)。

嵌入式遞階教學；實驗平臺；核心板硬件

當前屬于信息技術和網絡技術飛速發(fā)展階段，相關技術人員需要針對嵌入式遞階教學平臺實施相應調試，同時對其作出具有針對性的測試。最后，使用多個核心板，對多功能拓展底板做出試配，這時促使使用模式得以實現(xiàn)。但是，當前嵌入式課程教學平臺采用多種成熟嵌入式開發(fā)板，僅將炎癥性實驗作為主要內容。

1.系統(tǒng)總體設計

課堂教學過程中所使用的嵌入式教學平臺所處系統(tǒng)是通過計算機、目標實驗板共同組成。這一系統(tǒng)當中的目標實驗板在硬件，主要借助功能拓展底板的雙層結構形式進行設計，這種形式設計出來的實驗板硬件中，將核心板設置在上層位置，而功能模塊拓展底板則被設置在下層，此后使用插拔組合的形式，對底板和功能板之間進行連接。同時，對于插座使用的引腳以及底層板而言，其兩者的連接主要是以固定形式存在的。對這一系統(tǒng)進行使用過程中，設計者要確保底層板處于不變情況下，然后設計人員借助插拔的形式，針對每個上層核心板進行更換，然后作為嵌入式課程入門級單片機形式的學習平臺，也可以將其作為高層次嵌入式學習平臺進行使用，而這種情況下，最終形成了階梯開放形式的平臺結構。教學初期階段，對這一教學平臺進行使用，主要是使用的誤操作系統(tǒng)的51系列單片機核心板，同時也需要對基本功能模塊進行使用。站在軟件系統(tǒng)方面進行分析，設計人員選擇IAR當中軟件開發(fā)的具體工具，然后為其提供相應的實驗模塊程序。針對嵌入式操作系統(tǒng)而言，對其進行選擇，可以在51單片機上對相關內容進行移植，同時也可以在ARM7上對μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)進行相應的移植。下圖為嵌入式階梯教學實驗平臺模型：

圖1 嵌入式階梯教學實驗平臺模型

2.核心板硬件設計

針對核心板硬件的設計進行詳細分析，組成核心板硬件的內容主要有微處理器以及芯片最小系統(tǒng)，同時還包括拓展模塊接口等。當其中的最小系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，可能會對微處理器工作的時鐘模塊提供相對有利的支持，實現(xiàn)這一目標的主要方式是使用晶振電路和Flish存儲模塊、復位模塊等相互組成。此外，對于核心模塊而言，對其的使用，主要是從容易到復雜所形成的微處理器，這些內容包括STC89C51，STM32F103C8微處理器等，微處理器中的芯片全部通過I/O引腳印出來，在一定的通用底板上，流出相應的Pin接口相互連接[2]。核心板硬件中使用的芯片價格便宜，同時在通用性上也比較強。其中有存儲器、計數(shù)器、可編程的I/O等。所使用的這一芯片，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)可編程要求，在實施二次開發(fā)時，比較容易實施。同時，在實施基礎實驗教學過程中，其可以充分滿足教學需求，并在一定程度上，促使設計實驗的使用要求得到充分滿足。

3.底層板設計

針對底層板功能模塊進行分析，在對其進行設計過程中，主要是為了促使外圍功能接口的應用和學習得到提升，并且針對教學基礎性實驗的不同要求，設計了不同形式的功能模塊，其內容有：借助I/O口模塊、UART模塊、電源模塊等，為其輸入的電路為2*8矩陣鍵盤模塊。其中對LED模塊、LCD模塊等顯示出來，74HV595芯片可以將串行信號進行轉換，是成為并行信號。在底層板進行預留，能夠在一定程度上促使I/O接口得到擴展，教學過程中，學生對設計方式進行自行選擇，然后將功能模塊被納入下層拓展底板中，通過這種形式構建出具有一定個性的嵌入式系統(tǒng)[3]。

4.遞階教學平臺CDIO模式的實現(xiàn)

嵌入式課堂遞階教學平臺，開展教學實驗，相應教育者將CDIO思想當做基礎性內容，這種方式主要是從構思、設計以及實施和運作等理念出發(fā)，經過研究，使用科學手段嵌入式課程教學，促使課程教學和課程實踐逐漸向著相對統(tǒng)一化方向發(fā)展，將這一內容作為依據(jù)，這一教學平臺主要使用實驗方式，在教學過程中將這些理念逐漸滲透，為學生提供幫助。這種情況下，從8位51系列經典單片機作為基礎性內容，這種情況下，所使用的內容會逐漸向著綜合性單片機方向發(fā)展。此后，對含有μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)進行使用，借助 其中的ARM7體系通過遞階的方式進行提升，對于學習難度而言，也是從簡單到復雜，向著越來越深入的方向發(fā)展。

進行初期教學時，其和CDIO模式當中的構思階段是以相互對應的方式而存在的，在這種情況下，促使LPC2103、STM32F103C8ARM芯片模塊程序得到順利運行，學生觀察得出結果。將這一結構作為基礎性內容。因為這一目標存在階梯開放式結構，學生在實際學習時，能夠促使51系列單片機微處理器、嵌入式微處理器兩者能夠保持相互聯(lián)系，然后對這兩方面內容作出科學對比，使用這種方法促使軟架構基礎上的單片機實驗得以完成，同時保障嵌入式實驗的遞階目標最終被實現(xiàn)，以極快的速度進入到嵌入式學習中去。

具體實施以及運行過程中，對調試方法以及變成技術等進行充分研究。通過較為熟練的方式充分掌握51基本編程，同時還要充分掌握ARM7基本編程。

5.CDIO應用模式遞階實驗的實現(xiàn)

針對CDIO模式化遞階實驗系統(tǒng)進行分析，這一系統(tǒng)的使用，能夠幫助教師對教學方式進行改進，采用傳統(tǒng)教學，教師基本采用純理論教學方式。而這系統(tǒng)，則在傳統(tǒng)教學方式上，增加了相應的實驗教學項目，從而取得較好的實驗效果。教學平臺，將AT895S51、LPC2103芯片、STM32F103C8ARM芯片為基礎，進行三大系統(tǒng)的設置，而對于這三大系統(tǒng)，其中存在基礎性實驗，同時也有遞階教學實驗，此后又出現(xiàn)了新型綜合性實驗。這些實驗當中，以STM32F-103C8ARM芯片作為基礎，設置課科學的操作平臺，這一平臺中有8流水循環(huán)顯示試驗和UART串口通信實驗以及外部中斷實驗等[4]。使用比較簡單的系統(tǒng)操作方法，其中包括綜合實驗，同時也包含μC/ OS-Ⅱ嵌入操作系統(tǒng)移植，μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)任務創(chuàng)建等。

6.結束語

對教學平臺進行使用，能夠促使接口資源得到豐富，還可以對這些教學資源進行二次開發(fā)，從而使實驗課程的要求得到充分滿足。以CDIO理念作為依據(jù)，設計一系列配套實驗，這些實驗充分滿足廣大學生的需求。

[1]趙力．語音信號處理嵌入式教學實驗平臺的研究與開發(fā)[J]．信息化研究,2014,01:13-17．

[2]耿興隆,王麗,高秀艷．單片機雙機通信在嵌入式虛擬實驗平臺下的設計與實現(xiàn)[J]．河北軟件職業(yè)技術學院學報,2014,03:50-53．

[3]施威,原亮,解雙建,丁國良,尹文龍,李川濤． 嵌入式雙核實驗平臺的設計策略與實現(xiàn)方法[J]．實驗室研究與探索,2012,12:151-155．

[4]劉大千,李圓方,史運濤,孫德輝．基于ProfiBusDP和ModBus總線的實驗平臺開發(fā)[J]．工業(yè)控制計算機,2014,12:64-65+68．

陜西省教育廳專項科技計劃項目（15JK2004）。