Разработка и отладка программного обеспечения виртуальной лаборатории Программирование микроконтроллерных (стр. 1 из 3)

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 оснащённых центров коллективного пользования с возможностью удалённого 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 удалённого эксперимента на реальном оборудовании при снижении требований к качеству каналов связи. Известно, что дисциплина "Проектирование микропроцессорных систем" с учётом её аналогов с несколько иными названиями является одной из самых распространённых в технических вузах, и на примере этой дисциплины наглядно проявляются проблемы и перспективы дистанционного образования.

1. Концепция построения виртуальной лаборатории “Программирование микроконтроллерных систем"

1.1 Разработка концепции построения виртуальной лаборатории

"Программирование микроконтроллерных систем”.

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.

С того, что ВЛ, которая проектируется, является учебной, выплывают дополнительные требования относительно процесса учебы. В частности, на всех этапах учебного процесса должна обеспечиваться поддержка учебы (это отображено на рис.1).

Рис.1. ВЛ как учебный мультимедиа-комплекс.

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);

выполнение производственно-экономических требований к разработкам - снижение материально-технических затрат на приобретение и эксплуатацию;

многопользовательский интерфейс, с часовым разделением работы пользователей и возможностью наблюдать ход опыта всеми пользователями одновременно;

развитой, понятный и адекватный (поведение максимально приближено к реальной, что является чрезвычайно важным) интерфейс пользователя, что должно способствовать правильному восприятию фактов и правильному их осмыслению;

возможность достаточно быстро и достаточно просто завладеть информационными технологиями, которые используются у ВЛ;

наличие инструкций по выполнению работ;

наличие предметной справочной информационной базы с простым доступом к ней;

наличие вопросов и фактов, на которые следует обратить особенное внимание;

пользователь должен иметь возможность использовать при работе с ВЛ современные пакеты автоматизации инженерного труда в заданной предметной области (интеграция с существующими популярными пакетами САПР).

1.2 Принцип построения лабораторного практикума

1.2.1 Концепция построения лабораторного практикума

Предлагается следующая концепция построения нового лабораторного практикума:

1. 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.).

2. На втором уровне обучения разрабатываются простые микроконтроллерные устройства с использованием некоторых внешних устройств (клавиатуры, разнообразных индикаторов, цифро-аналоговых преобразователей и других датчиков входных сигналов). Эти периферийные устройства могут входить в состав учебно-отладочных стендов или находиться извне. При этом должны применяться также программные модули, разработанные и отлаженные на предыдущем уровне обучения.

3. На третьем уровне обучения разрабатываются более сложные микроконтроллерные устройства и системы с участием персональных компьютеров (например, виртуальные измерительные устройства).

4. 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.

5. Аппаратные и программное средства ЛП должны разрешать студенту использовать для разработки микроконтроллерных пристроил разные типы МК (AVR, PIC или MCS-51).

6. Лабораторный практикум должен разрешать выполнение задач в дистанционном режиме. Это снова же таки диктует необходимость использования в структуре аппаратных средств виртуальных приборов, которые будут доступными пользователю (студенту). При этом также необходимо организовать работу пользователя с методическими материалами, аппаратными и программными средствами. А это в свою очередь требует наличие простого и наглядного графического интерфейса ЛП.

1.2.2 Структура лабораторных работ

Лабораторные работы составленные блочно-иерархичным подходом. Согласно которому, первые лабораторные работы которые стоят на низшей иерархической степени, самые малые за сложностью и объемом. Они включают у себя работу по одним периферийным прибором МК. Так возможно больше углубить знание путем детального рассматривания отдельной задачи. На следующей степени рассматриваются задачи с дополнительными задачами, которые нуждаются в, готовые уже на предыдущем этапе, алгоритмы и решения, а те в свою очередь представляют фундамент для следующего иерархического уровня. Так до тех пор, пока не реализуется задача сконструировать некоторый многофункциональный микроконтроллерный прибор или систему.

1.3 Архитектура аппаратного обеспечения ВЛ

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). Объект исследования ВЛ использует "AVR-Microlab". На основе этого стенда строятся микроконтроллерные устройства и МКС. Стенд построен по блочно-модульному принципу, поддерживает интерфейсы USB и RS232. Важным плюсом является возможность использования USB.

Используя такие стенды, можно научиться и усвоить общие принципы функционирования, которые было заложено в основу при создании целого класса МК (от разных производителей). МК, которые поддерживает стенд, разрешают реализовать широкую гамму простых устройств автоматизации, среди которых может быть собственный модуль ввода/вывода.

Анализ существующих аналогов ВЛ показывает, что объект исследования соединяется с ПК через посредничество многофункционального модулю ввода/вывода (БМВВ), которым может быть готовый контролер, сигнальный процессор или устройство собственной разработки. Модуль выполняет управление объектом за счет вывода и считывает состояние объекту за счет ввода. Важным недостатком готовых решений для таких модулей есть их стоимость.