嵌入式递阶教学实验平台研究与实现

陕西服装工程学院 吕 明

嵌入式递阶教学实验平台研究与实现

陕西服装工程学院 吕 明

针对嵌入阶梯教学实验平台进行分析，阐述了如何实施系统的总体设计，详细分析了嵌入式递阶教学平台，在这一系统当中，主要包含的内容有计算机和目标实验板。此外，研究了核心板硬件设计和底层板设计两方面内容，其中核板硬件，组成内容主要有微处理器、芯片最小系统以及拓展板接口，底层板主要是为了加强外围功能接口应用学习，并且针对教学基础性实验的不同要求，设计了不同形式的功能模块。最后，分析了递阶教学平台CDIO模式的实现并阐述了CDIO应用模式递阶实验的实现。

嵌入式递阶教学；实验平台；核心板硬件

当前属于信息技术和网络技术飞速发展阶段，相关技术人员需要针对嵌入式递阶教学平台实施相应调试，同时对其作出具有针对性的测试。最后，使用多个核心板，对多功能拓展底板做出试配，这时促使使用模式得以实现。但是，当前嵌入式课程教学平台采用多种成熟嵌入式开发板，仅将炎症性实验作为主要内容。

1.系统总体设计

课堂教学过程中所使用的嵌入式教学平台所处系统是通过计算机、目标实验板共同组成。这一系统当中的目标实验板在硬件，主要借助功能拓展底板的双层结构形式进行设计，这种形式设计出来的实验板硬件中，将核心板设置在上层位置，而功能模块拓展底板则被设置在下层，此后使用插拔组合的形式，对底板和功能板之间进行连接。同时，对于插座使用的引脚以及底层板而言，其两者的连接主要是以固定形式存在的。对这一系统进行使用过程中，设计者要确保底层板处于不变情况下，然后设计人员借助插拔的形式，针对每个上层核心板进行更换，然后作为嵌入式课程入门级单片机形式的学习平台，也可以将其作为高层次嵌入式学习平台进行使用，而这种情况下，最终形成了阶梯开放形式的平台结构。教学初期阶段，对这一教学平台进行使用，主要是使用的误操作系统的51系列单片机核心板，同时也需要对基本功能模块进行使用。站在软件系统方面进行分析，设计人员选择IAR当中软件开发的具体工具，然后为其提供相应的实验模块程序。针对嵌入式操作系统而言，对其进行选择，可以在51单片机上对相关内容进行移植，同时也可以在ARM7上对μC/OS-Ⅱ操作系统进行相应的移植。下图为嵌入式阶梯教学实验平台模型：

图1 嵌入式阶梯教学实验平台模型

2.核心板硬件设计

针对核心板硬件的设计进行详细分析，组成核心板硬件的内容主要有微处理器以及芯片最小系统，同时还包括拓展模块接口等。当其中的最小系统处于工作状态时，可能会对微处理器工作的时钟模块提供相对有利的支持，实现这一目标的主要方式是使用晶振电路和Flish存储模块、复位模块等相互组成。此外，对于核心模块而言，对其的使用，主要是从容易到复杂所形成的微处理器，这些内容包括STC89C51，STM32F103C8微处理器等，微处理器中的芯片全部通过I/O引脚印出来，在一定的通用底板上，流出相应的Pin接口相互连接[2]。核心板硬件中使用的芯片价格便宜，同时在通用性上也比较强。其中有存储器、计数器、可编程的I/O等。所使用的这一芯片，能够实现系统可编程要求，在实施二次开发时，比较容易实施。同时，在实施基础实验教学过程中，其可以充分满足教学需求，并在一定程度上，促使设计实验的使用要求得到充分满足。

3.底层板设计

针对底层板功能模块进行分析，在对其进行设计过程中，主要是为了促使外围功能接口的应用和学习得到提升，并且针对教学基础性实验的不同要求，设计了不同形式的功能模块，其内容有：借助I/O口模块、UART模块、电源模块等，为其输入的电路为2*8矩阵键盘模块。其中对LED模块、LCD模块等显示出来，74HV595芯片可以将串行信号进行转换，是成为并行信号。在底层板进行预留，能够在一定程度上促使I/O接口得到扩展，教学过程中，学生对设计方式进行自行选择，然后将功能模块被纳入下层拓展底板中，通过这种形式构建出具有一定个性的嵌入式系统[3]。

4.递阶教学平台CDIO模式的实现

嵌入式课堂递阶教学平台，开展教学实验，相应教育者将CDIO思想当做基础性内容，这种方式主要是从构思、设计以及实施和运作等理念出发，经过研究，使用科学手段嵌入式课程教学，促使课程教学和课程实践逐渐向着相对统一化方向发展，将这一内容作为依据，这一教学平台主要使用实验方式，在教学过程中将这些理念逐渐渗透，为学生提供帮助。这种情况下，从8位51系列经典单片机作为基础性内容，这种情况下，所使用的内容会逐渐向着综合性单片机方向发展。此后，对含有μC/OS-Ⅱ操作系统进行使用，借助 其中的ARM7体系通过递阶的方式进行提升，对于学习难度而言，也是从简单到复杂，向着越来越深入的方向发展。

进行初期教学时，其和CDIO模式当中的构思阶段是以相互对应的方式而存在的，在这种情况下，促使LPC2103、STM32F103C8ARM芯片模块程序得到顺利运行，学生观察得出结果。将这一结构作为基础性内容。因为这一目标存在阶梯开放式结构，学生在实际学习时，能够促使51系列单片机微处理器、嵌入式微处理器两者能够保持相互联系，然后对这两方面内容作出科学对比，使用这种方法促使软架构基础上的单片机实验得以完成，同时保障嵌入式实验的递阶目标最终被实现，以极快的速度进入到嵌入式学习中去。

具体实施以及运行过程中，对调试方法以及变成技术等进行充分研究。通过较为熟练的方式充分掌握51基本编程，同时还要充分掌握ARM7基本编程。

5.CDIO应用模式递阶实验的实现

针对CDIO模式化递阶实验系统进行分析，这一系统的使用，能够帮助教师对教学方式进行改进，采用传统教学，教师基本采用纯理论教学方式。而这系统，则在传统教学方式上，增加了相应的实验教学项目，从而取得较好的实验效果。教学平台，将AT895S51、LPC2103芯片、STM32F103C8ARM芯片为基础，进行三大系统的设置，而对于这三大系统，其中存在基础性实验，同时也有递阶教学实验，此后又出现了新型综合性实验。这些实验当中，以STM32F-103C8ARM芯片作为基础，设置课科学的操作平台，这一平台中有8流水循环显示试验和UART串口通信实验以及外部中断实验等[4]。使用比较简单的系统操作方法，其中包括综合实验，同时也包含μC/ OS-Ⅱ嵌入操作系统移植，μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统任务创建等。

6.结束语

对教学平台进行使用，能够促使接口资源得到丰富，还可以对这些教学资源进行二次开发，从而使实验课程的要求得到充分满足。以CDIO理念作为依据，设计一系列配套实验，这些实验充分满足广大学生的需求。

[1]赵力．语音信号处理嵌入式教学实验平台的研究与开发[J]．信息化研究,2014,01:13-17．

[2]耿兴隆,王丽,高秀艳．单片机双机通信在嵌入式虚拟实验平台下的设计与实现[J]．河北软件职业技术学院学报,2014,03:50-53．

[3]施威,原亮,解双建,丁国良,尹文龙,李川涛． 嵌入式双核实验平台的设计策略与实现方法[J]．实验室研究与探索,2012,12:151-155．

[4]刘大千,李圆方,史运涛,孙德辉．基于ProfiBusDP和ModBus总线的实验平台开发[J]．工业控制计算机,2014,12:64-65+68．

陕西省教育厅专项科技计划项目（15JK2004）。