Sử dụng phần mềm mô phỏng cho vi điều khiển ứng dụng trong giảng dạy

Phần mềm mô phỏng còn được sử dụng để mô hình hóa các hệ thống lớn và phức tạp. Chắc chắn là phần mềm mô phỏng không thể thay thế kinh nghiệm thực hành vật lý, nhưng phần mềm mô phỏng có thể nâng cao kinh nghiệm giảng dạy và học tập. Mục tiêu của bài báo này là thảo luận về các gói phần mềm mô phỏng miễn phí dùng cho vi điều khiển 8051, PIC và AVR cũng như tác dụng của nó đối với đào tạo và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài viết!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sử dụng phần mềm mô phỏng cho vi điều khiển ứng dụng trong giảng dạy SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG CHO VI ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY Tạ Quang Hùng* * Khoa CNTT, Trường Đại học Hà Nội Tóm tắt: Phần mềm mô phỏng được sử dụng như một công cụ bổ trợ trong một sốtrường hợp như các khóa học trực tuyến hoặc thay thế cho các thí nghiệm trong phòng thínghiệm thực tế. Trong nhiều trường hợp, sinh viên được yêu cầu kiểm nghiệm thiết kế lý thuyếtcủa họ thông qua mô phỏng trước khi xây dựng và thử nghiệm trên bo mạch vậy lý trong phòngthí nghiệm. Các nghiên cứu cho thấy những sinh viên sử dụng phần mềm mô phỏng trước khitiến hành thí nghiệm thực tế học tốt hơn so với những sinh viên thực hiện làm trong phòng thínghiệm mà không tiến hành mô phỏng trước. Ngoài ra, phần mềm mô phỏng còn được sử dụngđể mô hình hóa các hệ thống lớn và phức tạp. Chắc chắn là phần mềm mô phỏng không thểthay thế kinh nghiệm thực hành vật lý, nhưng phần mềm mô phỏng có thể nâng cao kinhnghiệm giảng dạy và học tập. Mục tiêu của bài báo này là thảo luận về các gói phần mềm môphỏng miễn phí dùng cho vi điều khiển 8051, PIC và AVR cũng như tác dụng của nó đối vớiđào tạo và nghiên cứu. Từ khóa: Hệ thống nhúng, vi điều khiển, 8051, PIC, AVR I. GIỚI THIỆU CHUNG Tự động hóa đang trở thành một phần quan trọng của mọi ngành công nghiệp vàcác ngành cần một lực lượng lao động được đào tạo để theo kịp xu hướng phát triểnnày. Sinh viên tốt nghiệp kỹ thuật và công nghệ phải có một nền tảng toàn diện hơn baogồm rất nhiều môn học kỹ thuật. Sinh viên tốt nghiệp phải thành thạo sử dụng các thiếtbị kỹ thuật, thực hiện được các thí nghiệm, thu thập dữ liệu và trình bày hiệu quả cáckết quả. Hơn nữa, những sinh viên tốt nghiệp này phải được đào tạo tốt trong các khóahọc và phòng thí nghiệm như điện-điện tử; hệ thống kỹ thuật số và bộ vi xử lý; lập trìnhmáy tính; thiết kế bằng máy tính; tổ chức và kiến trúc máy tính; truyền thông điện tử vàdữ liệu; kết nối mạng; điều khiển và robot; máy điện và hệ thống điện; PLC và thiết bịđo ảo; vi xử lý và vi điều khiển … Xét ở góc độ chi phí, việc sử dụng các phần mềm môphỏng chính là giải quyết được tất cả những tiêu chí này. Các phần mềm loại này đóngmột vai trò quan trọng trong giáo dục và được sử dụng để đào tạo cho đủ loại công việc,từ điều khiển thiết bị tinh vi cho đến vận hành các nhà máy điện hạt nhân hay các cơ sởxử lý hóa chất phức tạp. Các phần mềm có bản quyền như Matlab, Simulink, và Labview được sử dụngrộng rãi trong các chương trình kỹ thuật và công nghệ tại các trường đại học. Tuy nhiên,những phần mềm như EDsim51[1] và PICsimlab[2] không được biết đến nhiều và cóthể không được sử dụng rộng rãi nhưng cả hai phần mềm này đều có tiềm năng to lớntrong việc tăng cường khả năng học tập của sinh viên khi học về vi điều khiển. Hơnnữa, những phần mềm này lại hoàn toàn miễn phí nên sinh viên và giảng viên có thể 47tiếp cận dễ dàng. Các phần tiếp theo sẽ thảo luận về một số tính năng ưu việt của nhữngphần mềm trên thông qua một số ứng dụng được phát triển trên công cụ chuyên nghiệpnhư Keil-Vision 5[3], MPLAB X-IDE[4], và XC8 Compiler[5]. II. PHẦN MỀM EDSIM51 A. Đặc điểm chính của EDsim51 Phần mềm mô phỏng EDsim51 mô phỏng vi điều khiển nổi tiếng 8051. TrongEDsim51, 8051 được giả lập giao tiếp với các thiết bị ngoại vi như bàn phím, màn hìnhLCD (Hitachi HD44780), khối truyền tin nối tiếp UART, … Sinh viên có thể viết mãAssembly cho 8051 trực tiếp trên EDsim51, debug và quan sát kết quả trên bộ nhớ trongvà các thiết bị ngoại vi sau mỗi dòng lệnh. Sau đây là danh sách các thiết bị ngoại giảlập trong phần mềm EDsim51: mô-đun chuyển đổi tương tự số (ADC), mô-đun chuyểnđổi số tương tự (DAC) – kèm theo Oscilloscope, bộ so sánh, UART, 04 đèn LED 7thanh, 01 bàn phím 4 x 3, 08 đèn LED đơn, 01 mô tơ một chiều, và 08 nút bấm. Hình 1 mô tả chương trình quét giá trị cổng phím bấm và hiển thị trên LED 7thanh của EDsim51. Mã nguồn được viết bằng ngôn ngữ Assembly và được biên dịchtrực tiếp trên EDsim51. Figure 1. Giao diện lập trình ngôn ngữ Assembly và kết quả trên EDsim51 B. Kết hợp với công cụ phát triển Keil – uVision 5 Ngoài tính năng hỗ trợ biên dịch cho ngôn ngữ Assembly, EDsim51 cũng hỗ trợnạp trực tiếp firmware được biên dịch từ các chương trình biên dịch khác như Keil-Vision 5. Do vậy, giảng viên và sinh viên có thể sử dụng công cụ lập trình cho ngôn 48ngữ C để phát triển ứng dụng rồi nạp firmware vào EDsim51 như dùng một KIT pháttriển chuyên nghiệp. Figure 2. Giao diện lập trình trên Keil và kết quả trên EDsim51 III. PHẦN MỀM PICSIMLAB A. ...