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2008-10-15 16:28:53
引 言
ARM技术是一门实践性很强的技术，其实验是电子类教学中十分重要的实践教学环节，是培养学生实验技能、创新思维的重要课程。掌握技术已是电子类学生就业的一个基本条件。
目前各个高校相继开设了ARM课程，并逐步开始建立ARM实验室。这些实验室基本都是采用相应的硬件仿真设备来构建的，但由于ARM的种类繁多再加上资金的限制，不可能在一个实验室包括所有种类的仿真设备。虚拟实验作为传统实验的重要补充，克服了诸多条件的限制，丰富了实践性教学的手段，有利于现代实验教学观念的更新。
1 实验教学存在的问题
目前，教学中存在如下问题：
①课堂教学多以理论教学为主，教学中需要很多硬件设备，一般理论课堂难以辅助硬件进行教学，即便演示，效果也不好。
②ARM实验作为实验中心的基础实验，学生除了上课外，平时难得有机会实践；而采用的实验设备大多是成品，学生很难参与其中的细节设计，因此学生动手能力也很难得到提高。
③配套的实验设备多采用硬件仿真器配目标实验板。这种配置方式直接导致该课程的实验项目有限，实验时间过长，设备维护工作量大等现实问题。
针对上述问题，提出利用Proteus和ADS整合构建虚拟实验室的方案。所谓“虚拟实验室”，就是将计算机上的各种虚拟仪器，按实验要求和设计原理，虚拟出一个与现实相同的实验系统，进而在这个系统上完成整个实验。与传统实验模式相比，虚拟实验具有比较明显的优势。例如，涉及的实验内容全面，硬件投入少，学生可自行实验，实验过程中损耗小，与工程实践最为接近等。
2 虚拟实验室的构建
2.1 虚拟实验室的软件支持
本方案主要是以Proteus软件和ADS软件来构建该虚拟实验室。
Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真，RS232动态仿真，I2C调试器，SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。
ADS(ARM Developer Suite)是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具。CodeWarrior for ARM是一套完整的集成开发工具，充分发挥了ARM RISC的优势，使产品开发人员能够很好地应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于 RISC的处理器而设计的。它可加速并简化开发过程中的每一个环节，使得开发人员只需通过一个集成软件开发环境就能研制出ARM产品；在整个开发周期中，开发人员无需离开CodeWarrior开发环境，节省了在操作工具上花的时间，而有更多的精力投入到代码编写上来。CodeWarrior集成开发环境(IDE)为管理和开发项目提供了简单、多样化的图形用户界面。用户可以使用ADS的CodeWarrior IDE为和Thumb处理器开发用C、或汇编语言编写的程序代码，还可以生成程序代码的十六进制文件。
2.2 虚拟实验室的实验内容和实验过程
结合Proteus和ADS构建的虚拟实验室能够进行涉及的所有实验内容，其中包括中断、流水灯、串口通信、SPI通信、脉宽调制器、看门狗、A／D转换器、定时，以及基于μC／OS的实验。
基于虚拟实验室的教学采用局域网多媒体教学，教师可以通过多媒体演示电路图并讲解其原理，学生根据相关实验原理在ADS和Proteus中完成整个实验。过程如下：
①在ADS中编写C语言源程序；
②编译、调试源程序，最终生成后缀为.hex的文件；
③在Proteus中设计完整的原理图；
④将生成的.hex文件导入相应的芯片。
完成以上步骤后，在Proteus中运行即可；观察仿真结果，并检验是否与设计要求一致。
基于Proteus和ADS构建的虚拟实验平台提供了大量的虚拟元件供学生使用，这样就可以在虚拟实验教学过程中培养学生的兴趣，激发学生的创造性，增强互动性，提高教学效果。
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