Концепция построения виртуальной лаборатории (ВЛ) "Программирование микроконтроллерных систем". Принцип построения лабораторного практикума. Архитектура аппаратного обеспечения ВЛ. Аппаратные способы реализации генератора сигналов произвольной формы.
Аннотация к работе
Подготовка специалистов для проектирования и эксплуатации автоматизированных систем измерений, испытаний и управления требует организации лабораторных практикумов, позволяющих изучать компоненты этих систем, приобретать соответствующие практические навыки. Огромная, непрерывно обновляющаяся номенклатура средств автоматизации и инструментария для интеграции их в системы ставит перед техническими вузами практически неразрешимые проблемы внедрения методик ускоренного обучения и постоянного совершенствования лабораторной базы.Нас интересует ВЛ “Программирование микроконтроллерных систем”. Это виртуальная учебная лаборатория, которая поможет, во-первых, в создании на специальном лабораторном стенде микроконтроллерного устройства, во-вторых, в создании ПО для него, в-третьих, в программировании микроконтроллерного устройства, в-четвертых, в проведении исследования работы микроконтроллерного устройства (в многопользовательском режиме) и отладки ПЗ, в-пятых, в отображении процесса работы и отладки с помощью графического интерфейса ВЛ. В частности, на всех этапах учебного процесса должна обеспечиваться поддержка учебы (это отображено на рис.1). Исходя из заданий, которые перед нами стоят, из требований, которые ставятся перед нами, можно однозначно определить концепцию построения вышеуказанной ВЛ: максимальное использование современных возможностей ЕОТ и применение последних разработок в сфере информационных технологий (ІТ); многопользовательский интерфейс, с часовым разделением работы пользователей и возможностью наблюдать ход опыта всеми пользователями одновременно;Сначала используется ряд лабораторных работ, связанных с обретением практических привычек программирования внутренней структуры МК и основных периферийных устройств, которые входят в его состав (порты ввода\вывода, память данных, таймеры-счетчики, система прерываний и т.п.). На втором уровне обучения разрабатываются простые микроконтроллерные устройства с использованием некоторых внешних устройств (клавиатуры, разнообразных индикаторов, цифроаналоговых преобразователей и других датчиков входных сигналов). На третьем уровне обучения разрабатываются более сложные микроконтроллерные устройства и системы с участием персональных компьютеров (например, виртуальные измерительные устройства). Отладка микроконтроллерных устройств на втором и третьем этапах обучения практически невозможна без использования измерительных приборов (генераторов сигналов, осциллографов, логических анализаторов, и других), в качестве таких с успехом могут использоваться виртуальные приборы на основе ПК.Лабораторные работы составленные блочно-иерархичным подходом. Согласно которому, первые лабораторные работы которые стоят на низшей иерархической степени, самые малые за сложностью и объемом.Учебно-отладочные стенды "AVR-Microlab" разрешают выполнять весь список лабораторных работ по лабораторному практикуму, имеют малую стоимость и имеют возможность использовать МК не только фирмы Atmel, а и Microchip (при условии небольшой заделы). Используя такие стенды, можно научиться и усвоить общие принципы функционирования, которые было заложено в основу при создании целого класса МК (от разных производителей). Модуль выполняет управление объектом за счет вывода и считывает состояние объекту за счет ввода. Таким образом, использование двух учебно-отладочных стендов дает возможность реализовать лабораторный практикум в полном объеме. Клиент - Серверную систему можно построить двумя способами: прямая коммуникация между клиентом и сервером (рисунок 4) коммуникация между клиентом и сервером на основе идеологии WebДля реализации ГСПФ необходимы такие аппаратные ресурсы как порты вода/вывода микроконтролера, память данных и память программ микроконтролера. Для реализации генератора сигналов произвольной формы используется блок цифр-аналогового преобразователя, построенного на ИМС DA3 типа TLC5615 фирмы Texas Instruments, что представляет собой десятирозрядний ЦАП с последовательным SPI - интерфейсом, выведенным на порт "B" контролера. Таким образом, употребятся разряды 4-7 порта В. Фильтр исходного сигнала первого порядка организуется с помощью модуля блока исходных ключей, в состав которого входят 2 RC фильтры НЧ для фильтрации исходных сигналов микроконтроллера.Рассматривается создание еще одного типа ВП - Виртуального генератора сигналов произвольных форм и открытой архитектуры ВВК. На аппаратном уровне это автоматически обеспечивается архитектурой ПК, которая разрешает подключать к последнему большое количество разнообразных периферийных устройств с помощью разных типов унифицированных интерфейсов. Программное обеспечение разрабатываемого генератора сигналов произвольной формы, как и в целом виртуального измерительного комплекса состоит из двух уровней: 1) программного обеспечения ПК, которое состоит из программы интерфейса пользователя и драйверной части подключения устройства; Программа состоит из главного окна виртуального измерительного комплекса, где пользователь имеет воз
План
Содержание
Введение
1. Концепция построения виртуальной лаборатории “Программирование микроконтроллерных систем"
1.1 Разработка концепции построения виртуальной лаборатории
1.4 Архитектура ПО ВЛ "Программирование икроконтроллерных систем"
2. Реализация ГСПФ на основе програмно-отладочного стенда „AVR MICROLAB"
2.1 Аппартные способы реализации ГСПФ
2.2 Программные средства для реализации ГСПФ
Выводы
Список литературы
Введение
Подготовка специалистов для проектирования и эксплуатации автоматизированных систем измерений, испытаний и управления требует организации лабораторных практикумов, позволяющих изучать компоненты этих систем, приобретать соответствующие практические навыки. Огромная, непрерывно обновляющаяся номенклатура средств автоматизации и инструментария для интеграции их в системы ставит перед техническими вузами практически неразрешимые проблемы внедрения методик ускоренного обучения и постоянного совершенствования лабораторной базы. Создание современных учебных лабораторий требует значительных финансовых затрат на приобретение технических средств, поддержание их в работоспособном состоянии, разработку методических материалов. Более перспективным представляется создание хорошо оснащенных центров коллективного пользования с возможностью удаленного доступа через глобальную информационную сеть. Известные примеры таких центров, называемых также Web лабораториями, базируются, как правило, на программных симуляторах, реализованных на Java, или на технологии виртуальных инструментов, содержащих встроенный Web_сервер. При разработке Web лаборатории "Микроконтроллеры и сигнальные процессоры" наряду с виртуальными инструментами использованы и другие технологии, что обеспечило возможность организации удаленного эксперимента на реальном оборудовании при снижении требований к качеству каналов связи. Известно, что дисциплина "Проектирование микропроцессорных систем" с учетом ее аналогов с несколько иными названиями является одной из самых распространенных в технических вузах, и на примере этой дисциплины наглядно проявляются проблемы и перспективы дистанционного образования.
1. Концепция построения виртуальной лаборатории “Программирование микроконтроллерных систем"