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微控制器虚拟实验室建设探索 随着新技术的不断发展， 实训设备淘汰很快， 学生在使用过程中由于不当操 作也容易损坏设备， 导致常出现故障甚至老化的问题， 使得实训很难开展， 要解 决此类问题需要更新甚至是重建实验室。微控制器技术与应用是一门实践性很强 的学科， 目前微控制器的课堂及实验教学中存在诸多问题， 课堂教学大部分以理 论教学为主， 实训环节较少， 使得学生平时在学习过程中遇到很多困难而逐渐对 课程失去兴趣。 标签：微控制器;虚拟实验室;虚拟仿真 引言 微处理器内核运行过程一直是学生在学习微控制器原理相关知识过程中的 难点。 通过开发微控制器的相关实验， 让学生直接能够观测到微控制器内部的运 行过程和运行机制， 能够极大提高学生对微控制器的学习兴趣和动力， 同时能够 让学生理解微控制器内部的结构和运行机制。然而由于微控制器内部的运行过程 一般难以直接进行观测， 而且也没有很好的工具或者环境能够时时地观测微控制 器内部的结构和运行过程。 1 概述 微控制器的执行过程一直是一个非常抽象的知识点， 学生在学习微控制器相 关内容的时候一直缺乏很好的环境和工具对微控制器过程进行深入的理解和研 究。这极大地阻碍了学生对微控制器相关知识的学习兴趣和动力， 更缺乏相应的 实验环境和平台， 让学生能够对微控制器的执行过程开展更为深入的实验和分析 工作。 2 基于 Proteus 的微控制器虚拟仿真实验室 2.1 虚拟仿真实验室 虚拟仿真实验教学是高职实训教学的重要组成部分， 以共享优质实验教学资 源为核心， 提高学生创新精神和实践能力为宗旨， 是专业与信息技术深度融合的 产物。虚拟仿真实训室依托多媒体、虚拟现实、网络通讯、人机交互和数据库等 技术，构建仿真的虚拟实验环境和实验对象， 使学生能够在虚拟环境中开展实验， 实现学生在真实实验不具备或难完成任务的教学效果。 2.2Proteus 实验室概念 Proteus 是一个集模拟电路、数字电路、 A/D 混合电路以及多种单片机系统 为一体的系统设计和仿真平台，是将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模型 仿真软件三合一的设计平台。很好的解决了微控制器及外围电路的设计以及协同 仿真的问题， 可以在没有实际硬件的条件下， 利用计算机实现微控制器软件和硬 件同步仿真。 Proteus 软件的功能在于它的电路仿真是互动的，针对微处理器的 应用， 可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程， 并实现软件代码级的调试， 还 可以直接实时动态的模拟按钮、键盘的输入， LED、液晶显示的输出，同时配合 虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量。 2.3 微控制器虚拟仿真实验室平台架构 虚拟实验室建设设计基于校园网的虚拟仿真网络架构及服务器部署， 以教室 和学生宿舍虚拟仿真学习平台的建设内容和目标， 提出分布式虚拟仿真运行支撑 体系结构。 Proteus 虚拟实验室基于校园内部局域网为基础，网络条件要求 10M 以上因特网访问带宽，同时可以满足 60 个用户在线实验，采用用户名的方式来 控制终端，当 60 个用户同时在线时，后登人用户收到当前用户已满的提示，实 训机操作系统以 windowXP/7/8/10 为主，用户还需安装 IE 浏览器，以及安装 KEIL 和 PROLEUS 软件，服务器可以提供软件下载服务，学生可以自行下载。 3 微控制器运行过程可视化研究 微控制器运行过程的可视化研究主要研究如何将运行过程的信息进行采集。 并将采集到的信息加以输出。 由于目前微控制器在设计上并不支持用户直观的观 测到微控制器的运行过程， 也没有相应的接口供用户进行二次开发。 因此微控制 器运行过程， 对用户来讲是一个黑盒。 为了观测和研究微控制器的运行过程， 首 先要建立虚拟的仿真平台，在仿真环境下将微控制器的各种硬件结构进行模拟。 然后当微控制器加载了目标程序之后， 对目标程序的运行过程进行动态模拟和跟 踪，并对全过程实行信息的采集， 以实现对微控制器运行过程的原始信息的获取。 微控制器在运行过程中，所有的状态信息主要表现在计算器， 10 端口，内存等 三个部分。因此对微控制器进行模拟的时候需要分别模拟微控制器内部的计算 器， IO 端口和内存信息变化过程。在建立虚拟环境微控制器执行过程的时候， 虚拟环境一般会模拟微控制器内部的所有硬件结构，包括计算机， IO 端口和内 存。 因此， 在虚拟环境当中， 能够准确得到微控制器运行过程中这三类信息的变 化过程。 能够通过直观的可视化界面进行认识， 因此在获取了微控制器在虚拟环 境中运行的各类信息之后， 需要设计相应的可视化显示程序， 将采集到的各种信 息输出来， 即所有的信息需要从虚拟环境中映射到外部处于控制功能的平台， 即 处于图一中间位置的微处理器嵌入式平台， 在