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摘要：本文主要结合自己在《嵌入式系统应用》课程中的教学经验，阐述了三种实验教学方法：用嵌入式开发软件的仿真功能进行实验教学；用具有硬件仿真功能的软件配合开发软件进行实验教学；用实验开发板进行实验教学。通过分析了各种方法的优缺点，改变以往单一实践教学模式，总结了一种分阶段进行，综合各教学方法优点的实践教学模式，并设计开发了配套的实验教学开发板，实践表明此改革与实践适合本独立学院的嵌入式教学。
关键词：嵌入式开发；实验教学；STM32F103RCT6
本文引用格式：陈渭力，等.《嵌入式系统应用》实验教学改革与实践[J].教育现代化,2019,6(59):43-44,53.
如今《嵌入式系统应用》相关课程已经在高校广泛开设，作为一门工科类的学科，离不开实践教学环节，怎样提高实践教学效果，是一个让大家一直努力思考的问题。而以往的实验教学比较单一，学生思维比较局限，并且本人所在学校为独立学院，学生基础相对较差，抽象问题的想象能力相对更欠缺，对嵌入式系统的学习造成了一定的阻碍。为了能让学生更好地学习好本课程，我们一直努力改善实验教学方法，分析各种教学方法的优缺点，进行总结和改进。
一 常见嵌入式实验教学方法
第一种方法，是利用开发软件进行仿真实验，目前嵌入式开发软件有很多种，最常见有KEIL、IAR、ADS等调试开发软件，而KEIL是最典型和成熟的，软件可以从其官网上下载。此软件对STM32的各系列软件都能支持（需要下载相应系列的芯片支持包文件），用此软件创建项目和调试开发，简单易学，此软件对我们理论课所学习的STM32系列CPU有非常好的支持，我们可以利用软件进行项目创建，仿真调试等。
比如，以STM32F103RCT6为例创建项目程序后，只要编译通过，就可以进入软件调试模式，根据菜单和调试窗口就可以查看此芯片所有内部资源，并利用软件的调试功能，比如单步运行，设置断点运行等，可以让学生观察到STM32F103RCT6内部相应寄存器内容的实时变化，从而理解每条指令的作用。这对于初学者入门学习很有帮助，而且keil软件内部还嵌入了很多虚拟仪器，比如逻辑分析仪，可以捕捉IO口电平变化。
此实验教学方法，简单易操作，但其缺点是，不能和外部电路联调，不适合大型综合实验，呈现的实验显示效果也不够直观明了。
第二种方法，是利用具有硬件仿真功能的PROTEUS软件结合KEIL开发软件进行实验教学。此方法是先用PROTEUS软件创建设计有针对性的硬件实验电路（包括外围电路），然后用KEIL软件根据实验电路创建相应的程序项目，继而调试编译生成.hex目标文件，最后由PROTEUS软件进行仿真验证，此方法不仅可以大大减少硬件制作时间和成本，而且修改调试电路方便，电路可以完全按实验要求的功能来设计，不会增加不必要的其他电路。
这种方法已经被很多院校使用在51单片机的实验教学中，当然这种方法也有一定的缺点，首先它既然是一款仿真软件，由于软件不是非常成熟完美，仿真的时候会出现一些想不到的，或者违背理论的情况，其次它最大的缺点就是其仿真模型的元件库不是很齐全，不能支持所有的外围电路。当然其软件公司一直在完善中它的仿真库，我们也希望它越来越完善稳定。
第三种方法，是利用实验箱或者开发板进行教学。首先说说实验箱，一般大家所用的实验箱都是由各大高教仪器开发商开发制作的，这种实验箱体积大，功能多，配套的软件和资料也较齐全，学生使用效果也可以，但这个实验箱也有它的缺点所在，那就是设备价格高，出现问题需要厂家维护支持，也不方便分发给学生，并让其拿回寝室自己学习，使用场所就有所限制。我们再看看现在市场上的各种实验开发板，开发板与实验箱相比较小巧，精致，
价格也较便宜，学校有实力可以给每个学生都配备，或者学生有爱好，也可以自行购买。
个人认为开发板比实验箱要更适合学生实验教学，我们不能让学生的学习只局限于课堂上，再者，嵌入式学习本身也是需要学生课后花大量时间去学习消化的，所以开发板相对于实验箱会更合适。但不管是实验开发板还是实验箱，他们电路都不是为某个实验定制的，没有第二种实验教学方法来的更有针对性，尤其是对于独立学院的很多学生来说，硬件电路越多，他们就觉得越复杂深奥，增加他们的学习恐惧性，所以一开始就用实验板进行实验教学并不是很合理。
二 实践教学的改革
本人根据以上各种实验教学方法的优缺点，总结和探索了一种循序渐进的方法来做嵌入式教学中的各个实验，把它们融合到整个嵌入式实验教学过程中，并设计开发了实验教学板。
首先根据理论教学的步骤，在讲解完嵌入式的基本系统硬件平台设计后，引入嵌入式开发软件环境的搭建实验开发软件安装和项目工程的创建与设置；主要目的是让学生熟悉和了解当前一门主流的嵌入式开发软件（KEIL软件的安装与项目创建）。从而建立一种嵌入式开发的总体概念。让学生知道需要利用什么样的工具和要做什么样的事情，为后面教学利用各种硬件资源做一个系统性的引导。
然后利用具有硬件仿真功能的PROTEUS软件设计最小嵌入式系统，包括电源、复位电路以及晶振电路，并设计利用任意IO口控制LED发光电路，让学生能对嵌入式系统的硬件设计有个入门指引的理解，即使他们没有学好单片机，也可以很快建立整体概念，从而达到由最简单的IO控制，向更复杂的外设控制和内部资源使用的逐歩过渡，用此方法特别适合让学生自己在 PROTEUS 设计的硬件仿真图中，任意更改与发光二极管的相连的 I/O 口控制，再
相应更改软件程序中 I/O 口的配置和管脚设定，让学生清楚明白的知道在基本 I/O 口使用过程中需要注意的事项和要点。
随着理论教学进程，我们需要学习更多的内部资源，比如中断，定时器等，而这些东西都是非常抽象的，内容变化不能从外在硬件上直接用肉眼观察，且 PROTEUS 仿真（定时器和中断的仿真）经常出问题，所以这时候用PROTEUS 仿真就不是很适合了，然而 KEIL 软件自带了强大的内部寄存器管理功能，几乎所有寄存器的内容都是可查、可跟踪的。
因此，我们可以直接利用 KEIL 软件自带的仿真功能进行实验，实验中通过设置和观察各种内部寄存器， 以及利用软件自带的逻辑分析仪等工具，可以很方便的查看数据变化，特别适合做一些芯片内部资源的使用实验。
而当我们对嵌入式资源有一定的基础了解以后，我们再用实验开发板进行一些综合性的实验，巩固学生对嵌入式开发的理解和应用。为此，我们根据专业课程需要以及常规电路的实验需求，专门设计开发了一款配套的实验教学板，设计框图如图1，在此实验教学板上，不仅集成了很多常规常见的实验电路，此板还把CPU所有I/O口都用排针引出来，为学生以后做扩展电路调试提供了极大的方便，并且此板可以通过串口支持一键下载程序功能，大大方便了学生调试的效率。
三 实践教学效果
这种综合使用各种手段进行嵌入式实验教学的方法，经过实践证明，是一种完全可行的模式。下表为 2018-2019 学年第一学期 15 级通信工程两个班整个实践教学过程中，学生都是按老师的实验指导书独立操作，求教老师的情况非常少，学生们基本能自主完成实验内容，掌握各种实验调试方法， 达到了实践教学的基本效果。
四 结束语
实践教学是为了配合理论教学而设计的，是为了学生巩固所学的理论知识，并加以利用的过程， 这个能力的培养，有利于提高学生进行嵌入式开发的能力和兴趣，而本课题所做的改革和研究，就是要发挥各种实验教学方法的优点，让学生进行全面的嵌入式开发学习，使他们在以后的嵌入式开发过程中，少走歪路。当然本教学改革还有不足之处，需要在以后的教学过程中，不断去总结、去创新改进。
参考文献
[1]刘军，张洋，严汉宇.例说STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2018.
[2]王日明，廖锦松，申柏华.轻松玩转ARM CORTEX-M4微控制器：基于Kinetis K60[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.
[3]张勇.ARM Cortex_M3嵌入式开发与实践[M].北京：清华大学出版社.2016.
[4]王益涵，孙宪坤，史志才.嵌入式系统原理及应用[M].北京：清华大学出版社.2016.
[5]郭书军.王玉花.ARM Cortex_M3系统设计与实现[M].电子工业出版社,2014.
[6]陈渭力，李伟，储萍，等Cortex-M3实验教学板的设计与分析[J].工业控制计算机，2019，32(1):140-141.
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