Учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике
Предлагаемая полезная модель относится к области электроники, а именно к электронному учебному оборудованию (к электронным аппаратно-программным учебным средствам) и может быть использована в технических учебных заведениях, компаниях, на предприятиях для обучения прикладным цифровым технологиям с целью подготовки высококвалифицированных специалистов или кадров. Предлагаемая полезная модель может быть использована для проведения исследовательских работ, а также как вспомогательный отладочный инструмент при разработке или тестировании аппаратно-программных средств. Учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике, содержит, по меньшей мере, три объекта изучения, блок системы управления и контроля, блок периферийных устройств, а также системную шину, которой связаны все объекты изучения и блоки. Предложенный учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике имеет более широкие функциональные возможности и более высокую эффективность обучения.
Предлагаемая полезная модель относится к области электроники, а именно к электронному учебному оборудованию (к электронным аппаратно-программным учебным средствам) и может быть использована в технических учебных заведениях, компаниях, на предприятиях для обучения прикладным цифровым технологиям с целью подготовки высококвалифицированных специалистов или кадров. Предлагаемая полезная модель может быть использована для проведения исследовательских работ, а также как вспомогательный отладочный инструмент при разработке или тестировании аппаратно-программных средств.
Известен учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике научно-производственной фирмы «ЛМТ» - SDK1.1 (http://lmt.ifmo.ru/index.php/production/productboards/productsdk11), содержащий на плате один изучаемый объект - микроконтроллер и подключенные к нему периферийные устройства, такие как статическое оперативное запоминающее устройство, электрический перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, матричная клавиатура 4×4, жидкокристаллический индикатор, светодиоды, звуковой излучатель.
Известен учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике LESO2 фирмы «ЛЭСО» (http://leso.sibsutis.ru/?act=products&target=leso2), содержащий на плате один изучаемый объект - программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) и подключенные к ней периферийные устройства, такие как светодиоды, 7-сегментный индикатор, кнопки, генератор.
Однако указанные аналоги не позволяют на одном лабораторном комплексе (стенде) изучить набор наиболее часто используемых цифровых аппаратных средств и ограничиваются использованием одного объекта изучения.
Кроме того известен учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике AS-megaPLD компании «Аргуссофт» (http://www.argussoft.ru/webroot/delivery/files/library/argussoft/
Hardware/AS-megaPLD/AS-megaPLD_UM.pdf), являющийся прототипом предлагаемой полезной модели и содержащий на печатной плате два изучаемых объекта - микроконтроллер и ПЛИС, а также набор разъемов для отдельного подключения периферийных устройств, которые непосредственно на самой плате отсутствуют. Одна часть портов ввода-вывода микроконтроллера подключается непосредственно к одной части портов ввода-вывода ПЛИС и выводится на разъем. Другая часть портов ввода-вывода микроконтроллера и ПЛИС отдельно выводится на другие разъемы.
Однако указанный комплекс позволяет работать только с двумя объектами изучения - микроконтроллером, ПЛИС и не содержит на плате необходимый для работы стандартный набор периферийных устройств, в то время как для прикладных задач наиболее актуальным является как раз взаимодействие с периферийными устройствами. В комплексе отсутствует шинная архитектура, показывающая классическое подключение объектов с использованием шины адреса, данных и управления. Подключение объектов изучения друг к другу и к разъемам осуществляется непосредственно портами ввода-вывода объектов. Отсутствуют какие-либо системные блоки и узлы, которые бы контролировали и управляли работой объектов изучения и всего комплекса. Следует отметить то, что данный комплекс не сопровождается какими-либо методическими указаниями. Все перечисленное выше снижает функциональные возможности учебно-методического лабораторного комплекса и значительно уменьшает его эффективность в процессе обучения студентов.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание учебно-методического лабораторного комплекса по микропроцессорной технике с более широкими функциональными возможностями и более высокой эффективностью обучения.
Поставленная задача достигается тем, что в известном учебно-методическом лабораторном комплексе по микропроцессорной технике, содержащем два объекта изучения, вводятся дополнительно блок системы управления и контроля, блок периферийных устройств, и, по меньшей мере, еще один объект изучения, а также системная шина, которой связаны все объекты изучения и блоки.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого учебно-методического лабораторного комплекса по микропроцессорной технике. Предлагаемый комплекс состоит из блока изучаемых объектов 1, блока системы управления и контроля 2, блока периферийных устройств 3, системной шины 4.
Блок изучаемых объектов содержит набор из трех и более объектов изучения 5. В микропроцессорной технике под объектом изучения понимают аппаратно-программное электронное средство (устройство, компонент) такое как микропроцессор, микроконтроллер, ПЛИС, система на кристалле (SOC), процессор цифровой обработки сигналов (DSP) и т.п. Каждый объект изучения обладает определенными особенностями, функционалом и соответственно применением. Обучаемому предстоит познакомиться, изучить и научиться пользоваться тем или иным объектом изучения.
Блок системы управления и контроля представляет собой системное средство (обеспечивающее служебные функции), выполненное на основе системного микроконтроллера или же микропроцессора, а также системных ПЛИС.
Блок периферийных устройств представляет собой достаточно развитую периферию: память программ и данных, блоки светодиодной индикации, полупроводниковые и жидкокристаллические индикаторы, статические и динамические клавиатуры, звуковые излучатели, интерфейсные контроллеры, цифровой потенциометр, драйвер шагового двигателя, имеются разъемы для подключения внешних устройств по стандартным интерфейсам.
Имеется шинная архитектура, содержащая три шины: шину адреса, шину данных, шину управления. Эти шины составляют системную шину учебно-методического лабораторного комплекса по микропроцессорной технике. Все объекты изучения, блок системы управления и контроля, блок периферийных устройств коммутируются между собой посредством системной шины 4. Каждый объект изучения системной шиной связан с другими объектами изучения, а также с блоком системы управления и контроля, блоком периферийных устройств, и, соответственно, имеет к ним ко всем доступ.
Такие объекты изучения как микроконтроллер и ПЛИС подключаются к системной шине своими портами ввода-вывода. Микропроцессор подключается по классической схеме, используя шину адреса, данных и управления.
Учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике работает следующим образом. В зависимости от режима работы комплекса, который задается пользователем, блок системы управления и контроля 2 активирует один или несколько объектов изучения 5, коммутирует их между собой и блоком периферийных устройств 3 посредством системной шины 4, обеспечивает необходимое управление объектами изучения. Таким образом, учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике имеет, по меньшей мере, три режима работы, (например, режим микропроцессора, режим микроконтроллера, режим ПЛИС). В режиме микропроцессора, микроконтроллера, ПЛИС, ведется работа по изучению соответственно микропроцессора, микроконтроллера, ПЛИС. Те объекты изучения, с которыми работа не ведется, блоком системы управления и контроля переводятся в z-состояние (неактивное состояние).
Блок системы управления и контроля выполняет функции управления всем учебно-методическим лабораторным комплексом по микропроцессорной технике, в том числе и объектами изучения (осуществляя коммутацию их между собой и с периферийными устройствами). Блок системы управления и контроля в зависимости от нужд пользователя обеспечивает всевозможные варианты коммутации объектов изучения между собой и с требуемыми периферийными устройствами. Помимо этого, блок системы управления и контроля обеспечивает возможность наращивать количество объектов изучения, сохраняя функциональность каждого объекта изучения. В результате, блок системы управления и контроля способствует достижению пункта заявленного технического результата (поставленной задачи), а именно расширению функциональных возможностей.
Кроме того, блок системы управления и контроля ведет контроль над работой стенда и действий со стороны пользователя, в результате блок системы управления и контроля снимает с обучаемого выполнение им сложных системных функций, которые не способствуют обучению и отнимают у обучаемого время, помимо всего, блок системы управления и контроля обеспечивает интуитивно понятный интерфейс взаимодействия (пользователя с комплексом), благодаря которому обучаемый без особых усилий (и чтения руководств) сразу же может начать работать с комплексом. В результате блок системы управления и контроля повышает эффективность обучения.
Любой объект изучения может работать с любым периферийным устройством благодаря их коммутации между собой блоком системы управления и контроля.
Таким образом, предлагаемый комплекс позволяет в едином цикле, с единых методических позиций изучить набор наиболее часто используемых цифровых аппаратных средств, выступающих в роли объектов изучения, к которым относятся микропроцессор, микроконтроллер, ПЛИС и другие, а также набор наиболее часто используемых стандартных периферийных устройств, тем самым обеспечивается расширение функциональных возможностей.
При добавлении в комплекс какого-либо объекта изучения появляется возможность изучать его особенности и использовать его функционал при решении своих задач. Добавление в комплекс разнообразных объектов изучения в купе расширяет функциональные возможности всего комплекса, то есть обеспечивает достижение одного из пунктов заявленного технического результата. Наличие развитой и обширной периферии (блока периферийных устройств) также расширяет функциональные возможности комплекса.
Это решение комплекса позволяет объяснить основы и специфику работы разных объектов изучения в их противопоставлении друг другу, а также, объективно оценить и сравнить их возможности. Комплекс позволяет одни и те же задачи, такие как, работа с периферийными устройствами, решать различными методами, заключающимися в использовании различных объектов изучения: микропроцессора, микроконтроллера, ПЛИС и других. Пользователь, проделывая одну и ту же задачу с использованием различных объектов изучения, может объективно оценить и сравнить их возможности. Это обеспечивает достижение одного из пункта заявленного технического результата, а именно обеспечивает высокую эффективность обучения.
Комплекс сопровождается специальными методическими указаниями, написанными в едином методическом стиле, обеспечивающими эффективное обучение. Единый методический стиль включает в себя единый взгляд, - при изучении того или иного объекта, обучаемому не придется адаптироваться к разным манерам изложения материала и подходам обучения. Это обеспечивает высокую эффективность обучения.
Кроме того данное решение учебно-методического лабораторного комплекса по микропроцессорной технике позволяет экономить периферийные устройства и источники питания. При реализации лабораторного комплекса с тремя объектами изучения требуется один комплект периферийных устройств и источников питания, нежели понадобится при реализации трех отдельных лабораторных комплексов с одним объектом изучения на каждом (понадобится 3 комплекта периферийных устройств и 3 комплекта источников питания). И соответственно, в учебной лаборатории для каждого комплекса с тремя объектами изучения понадобится одно рабочее место, а не три, которые бы понадобились для трех отдельных комплексов с одним объектом изучения на каждом. Тем самым данное решение комплекса позволяет еще экономить площади лаборатории.
Комплекс может работать в совокупности с персональным компьютером, а также автономно от него. Комплекс позволяет организовывать дистанционный доступ посредством сети Internet с целью удаленного обучения и выполнения лабораторных работ.
Таким образом, предлагаемый учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике расширяет функциональные возможности и повышает эффективность обучения.
Учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике, содержащий два объекта изучения, отличающийся тем, что в него введены дополнительно блок системы управления и контроля, блок периферийных устройств, и, по меньшей мере, еще один объект изучения, а также системная шина, которой связаны все объекты изучения и блоки.
