Розробка та відлагодження програмного забезпечення віртуальної лабораторії на базі програмно-відладочного (стр. 1 из 3)
Міністерство освіти і науки України
Національний технічний університет
«Харківський політехнічний інститут»
Реферат
за темою:
«Розробка та відлагодження програмного забезпечення віртуальної лабораторії на базі програмно-відладочного стенду «AVR MicroLAB»»
Виконала: студентка гр.xxxxxx
xxxxxxx.
Перевірив: проф. xxxxxxx.
Харків 2008
ЗМІСТ
Постановка проблеми
Мета роботи
1. Основні задачі проектування ВЛ «Програмування мікроконтролерних систем»
2. Особливості побудови ВВК з відкритою архітектурою на основі ПК
2.1. Концепція побудови ВВК з відкритою архітектурою
2.2 Задачі, що необхідно вирішувати при розробці ВВК
2.3 Достоїнства використання відкритої архітектури програмного забезпечення ВВК
3. Існуючи методи побудови ВП
4. Особливості реалізації ВВК з відкритою архітектурою при проведенні лабораторно-практичних робіт у процесі навчання основам проектування й програмування мікроконтролерних пристроїв і систем.
4.1. Концепція побудови лабораторного практикуму
4.2. Структура лабораторних робіт
4.3. Прилади, необхідні для виконання лабораторних робіт
4.4. Архітектура апаратного забезпечення ВЛ
5. Реалізація ВВК на основі програмно-відлагоджувального стенда „AVR MicroLAB”
5.1. Апаратні засоби для реалізації ВВК
5.2. Протокол обміну даними між ПК та стендом
5.3. Програмні засоби для реалізації віртуального вимірювального комплексу
5.4. Програмні засоби для осцилографа
6. Результати розробки та відлагодження програмного забезпечення віртуальної лабораторії на базі програмно-відладочного стенду «AVR MicroLAB»
6.1. Відлагодження розробленого протоколу обміну даними між ПК та СК віртуального вимірювального комплекса
6.2. Відлагодження клієнтської частини приладу «Осцилограф» віртуального вимірювального комплекса
Висновки
Список літератури
Аналіз сучасного стану вимірювальних приладів, пристроїв діагностики та контролю, що використовуються під час відлагодження та випробуваннях апаратних засобів обчислювальної техніки, мікропроцесорних та радіотехнічних систем різноманітного призначення показує, що їх розвиток та вдосконалення іде двома шляхами:
Перший шлях – подальше вдосконалення таких пристроїв у традиційному приладному виконанні;
Другий – використання технології віртуальних приладів (ВП) при створенні різного роду вимірювальних пристроїв (цифрових вольтметрів, мультиметрів, осцилографів, генераторів сигналу, вимірювачів частоти), засобів технічної діагностики та контролю (аналізаторів спектру, генераторів сигналів довільної форми, логічних та сигнатурних аналізаторів) зараз отримує все більш широке використання.
Така технологія дозволяє реалізовувати засоби контролю та діагностики будь-якого призначення та складності.
Безперервне розширення області використання віртуальних приладів, поява нових технологій для створення апаратних та програмних засобів, необхідність отримання різних функціональних можливостей та характеристик ВП призводить до необхідності нових досліджень та розробок в цій області.
Мета роботи
Метою даної роботи є спроба створення відкритої архітектури віртуального вимірювального комплексу, що дозволяє достатньо просто інтегрувати до його структури різні ВП, як існуючі, так і ті, що розробляються.
1. Основні задачі проектування ВЛ «Програмування мікроконтролерних систем»
Віртуальна лабораторія (ВЛ) є електронним середовищем, яке дозволяє віддалену співпрацю чи творчу діяльність з метою отримання та обміном результатами по відкритим каналам комунікації.
Комунікаційні інструменти ВЛ поділяються на наступні три класи:
1) «людина-людина, що означає призначення засобів для спілкування учасників ВЛ;
2) «людина-обладнання», що означає призначення засобів для роботи з обладнанням;
3) «людина-метамашина», що означає призначення засобів для роботи з кластерами (системи з великою кількістю віддаленого обладнання, що керується суперкомп’ютером) та моделюючими середовищами (системи, що моделюють складні процеси на суперкомп’ютерах).
Віртуальна лабораторія з проектування МКС та програмування МК повинні мати комунікаційні засоби «людина-обладнання».
Для закріплення теоретичних знань та отримання практичних навичок з проектування мікроконтролерних систем виконуються лабораторні роботи з використанням програмно-відлагоджувальних стендів. Програмно-відлагоджувальний стенд являє собою набір окремих функціональних модулів, які можуть бути поєднані в необхідну конфігурацію. Таким чином, в залежності від складності стенду можна створити робочий макет мікроконтролерної системи необхідною функціональності.
Основною задачею дослідження є створення концепції ВЛ та обґрунтування структури ПЗ клієнт-серверної системи ВЛ «Програмування мікроконтролерних систем». Апаратна частина ВЛ складається з двох однакових програмно-відлагоджувальних стендів “AVR-Microlab”, що дозволяє отримати практично всі необхідні можливості для організації лабораторного практикуму та знизити витрати на апаратне забезпечення.
Таким чином, архітектура віртуальної лабораторії «Програмування мікроконтролерних систем» представлена на рис. 1
Рисунок 1. Архітектура віртуальної лабораторії «Програмування мікроконтролерних систем»
Зазвичай до складу стенду входять основний модуль зі встановленим мікроконтролером, модуль статичної індикації на світлодіодах, модуль динамічної індикації, модуль клавіатури, модуль цифро-аналогово перетворювача, модуль вихідних ключів, модуль перетворювачів інтерфейсів.
2. Особливості побудови ВВК з відкритою архітектурою на основі ПК
2.1 Концепція побудови ВВК з відкритою архітектурою
Основна особливість відкритої архітектури ВВК полягає у можливості розширювати номенклатуру ВП без перероблення існуючого апаратного та програмного забезпечення.
На апаратному рівні це автоматично забезпечується архітектурою ПК, що дозволяє підключати до останнього велику кількість різноманітних периферійних пристроїв за допомогою різних типів уніфікованих інтерфейсів.
На програмному рівні це забезпечується за рахунок блочно-модульного принципу побудови програмного забезпечення ПК та створення єдиної програмного оболонки., в якій достатньо просто можна розширювати бібліотеки користувача. Це і дозволяє змінювати функціональні можливості окремих ВП, а також зміст або конфігурацію ВВК.
Структура та взаємодія програмних та апаратних засобів такого ВВК подані на рисунку 2.
Рисунок 2. Структура та взаємодія програмних та апаратних засобів ВВК
2.2 Задачі, що необхідно вирішувати при розробці ВВК
Віртуальні прилади реалізуються на основі персонального комп’ютера та додаткових нестандартних апаратних та програмних засобів (АЗВП). Останні представляють собою периферійний пристрій для сполучення з ПК та об’єктом вимірювання та контролю.
При створенні ВП доводиться вирішувати наступні задачі:
1) Визначення способу підключення АЗВП до ПК (через зовнішній інтерфейс або до внутрішніх інтерфейсів);
2) Визначення способу реалізації АЗВП ( на «жорсткій» або на «програмованій» логіці);
3) Пошук оптимального варіанта реалізації АЗВП та віртуального приладу в цілому;
4) Розробка необхідного програмного забезпечення як на рівні ПК, так і на рівні АЗВП;
5) Отримання необхідних точносних так якісних показників.
2.3 Достоїнства використання відкритої архітектури програмного забезпечення ВВК
Основні достоїнства використання відкритої архітектури ВВК полягають у можливості простого інтегрування ВП до складу вимірювального комплексу. Ця можливість забезпечується за допомогою блочно-модульного принципу побудови програмного забезпечення ПК та створення єдиної програмного оболонки., в якій достатньо просто можна розширювати бібліотеки користувача. Це і дозволяє змінювати функціональні можливості окремих ВП, а також зміст або конфігурацію ВВК.
3. Існуючи методи побудови ВП
Зараз відома велика кількість різних віртуальних приладів, характеристики яких визначаються в основному технічними параметрами їх апаратних засобів (АЗВП). Результати аналізу існуючих способів побудови останніх показали, що вони можуть бути реалізовані як:
· простіші модулі з одним лише АЦП або ЦАП;
· звукові карти ПК;
· універсальні плати збору даних на базі АЦП;
· універсальні ЦАП;
· універсальні плати цифрової обробки сигналів;
· спеціалізовані плати (осцилографи, генератори і т.д.).
Аналіз показує, що простіші модулі з АЦП та ЦАП, а також звукові карти, дозволяють створити ВП з дуже обмеженими функціональними можливостями. З їх допомогою неможливо реалізувати цифрові прилади (логічні аналізатори, генератори слів, вимірювачі частоти та ін.). Плати АЦП та ЦАП реалізуються в основному на основі «жорсткої» логіки. Це дозволяє, у ряді випадків, мінімізувати як розміри, так і вартість апаратних засобів віртуальних приладів. Однак при цьому збільшуються вимоги до ПК, тому що на нього покладається вся обробка вхідних сигналів.