国产自主信息技术应用虚拟仿真基地介绍

院部名称： 电子信息学院（公章）

国产自主信息技术应用虚拟仿真基地

国产自主信息技术应用虚拟仿真基地2024年9月申报，单片机及嵌入式技术实训室作为一期项目，于2025年8月29日政府采购公开招标，百科荣创（北京）科技发展有限公司中标（详见附件3合同），经过一个月的建设， 2025年9月25日通过验收（详见附件4项目验收单）。

图1  验收现场

一、系统清单

   本项目采用单片机与嵌入式系统开发平台教学载体，搭配不同性能与开发难度的核心控制板以及传感器、执行器、自动识别、通信单元等创新应用模块。系统清单如下表：

表1  单片机及嵌入式技术实训室系统清单

单片机与嵌入式系统国产自主开发应用平台的模块种类丰富功能齐全，可根据不同教学实训需求进行功能模块单元组合，完成不同开发难度、不同系统框架与功能实验实训系统的设计与搭建。

图1  单片机与嵌入式系统国产自主开发应用平台

图2 单片机及嵌入式技术实训室效果图

二、软件目录

（1）银河麒麟国产操作系统.

（2）国产自主8位单片机芯片仿真软件

（3）国产自主32位机仿真软件

（4）国产云平台控制系统

三、功能说明

建成后的嵌入式仿真实验教学云平台，搭配不同性能与开发难度的国产自主核心控制板以及传感器、执行器、自动识别、通信单元等创新应用模块，模块种类丰富功能齐全，完全满足嵌入式综合创新应用实验系统设计与搭建。具体功能如下：

（1）云平台以账号形式提供使用，提供教师账号（1个教师账号）和学生账号（6个学生账号）。

（2）云平台的仿真实训内容围绕硬件核心控制单元及外围常用外设进行物理时序级1:1虚仿实训教学，在无需真实硬件设备情况下，即可在线完成电路搭建、代码编写、工程编译运行、仿真调试，实现线上的全流程实验教学与自主项目开发。

（3）云平台支持芯片级、SOC级虚仿实验目标环境自主搭建，简单易用，只需拖拽虚拟元器件即可组装，支持32款教学常用处理器、设备组件。

（4）云平台提供位于云端的开发环境，支持编码、编译、运行、调试。1:1时许仿真运行，通过虚拟元器件查看运行情况；丰富的调试手段，过程数据实时跟踪，图形化高效反馈。

（5）虚仿处理器组件：提供与硬件核心控制单元处理器芯片对应的虚仿处理器组件，包含STC系列处理器、Cortex-M4处理器，支持对硬件核心控制单元处理器芯片进行代码级、指令级、物理时序级1:1虚拟仿真，即虚仿处理器组件驱动程序在不修改的情况下可直接下载到硬件核心控制单元运行，虚仿处理器组件运行效果与硬件核心控制单元运行效果一致。

（6）虚仿外设电路组件：

1）电源与接线端子虚仿组件：模拟信号电源（VCC）、电源负极（GND）、接线端子；

2）LED虚仿组件：RGB LED、LED（红）、LED（蓝）；

3）按键和开关虚仿组件：拨动开关、独立按键、矩阵键盘；

4）传感器虚仿组件：MQ系列传感器、射频刷卡、红外测温传感器、红外测距传感器、温度传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、指纹传感器、压力传感器；

5）ADC和DAC虚仿组件：数模转换器、电阻键盘、PWM转DAC、电位器、模拟信号输入器；

6）显示器虚仿组件：OLED显示屏、TFT显示屏、LCD1602显示屏；

7）数码管虚仿组件：共阴极4位数码管、共阳极4位数码管、共阴极1位数码管、共阳极1位数码管；

8）IO设备虚仿组件：继电器、蜂鸣器、三极管模块；

9）语音模块虚仿组件：SYN8086模块；

10）电机模块虚仿组件：舵机、步进电机模块、H桥电机模块；

11）时钟模块虚仿组件：实时时钟（DS1302）模块；

12）存储器虚仿组件：AT24C02模块。

（7）虚仿实验电路：支持虚仿组件拖拉拽搭建实验电路，支持1:1物理时序仿真运行即虚拟时序与物理硬件设备时序一致时才能正确驱动虚拟组件，同时内置虚仿组件对应电子器件/模块实物的数据手册或应用手册。界面划分为3个区域，左边区域为虚仿组件区，中间区域为虚仿实验电路搭建区，右边区域为元器件手册区，元器件手册区展示虚仿实验电路搭建区中放置的虚仿组件手册，便于搭建电路时查阅资料。

（8）云端虚仿IDE支持基于Web浏览器B/S架构的在线代码编写、代码工程编译、仿真、单步调试、设置断点、全速运行等云端虚仿IDE功能，支持所有虚仿组件进行在线开发调试，无需安装软件。

（9）云端虚仿IDE支持基于Web浏览器B/S架构的虚仿实验运行，运行过程中各虚仿外设电路组件的实验现象以2D/3D图形或动画的方式呈现出来，呈现的虚仿实验画面符合真实电子模块的实验现象，处理器支持指令级仿真，电子模块支持时序级仿真，支持基于Web浏览器B/S架构的虚仿实验调试测试，可随时暂停仿真，观察控制芯片的寄存器和内存变化，并提供多种程序调试窗口，如变量、断点、数据结构、函数栈、寄存器、内存、表达式等⑦，支持基于Web浏览器B/S架构的虚仿实验程序下载，将虚仿实验程序下载到本地，然后烧录到真实的硬件设备中进行实物验证。

（10）教学资源：课程资源结合线上虚仿实验系统与线下物理实操两种模式，内容上分为专业基础类实验课程资源、项目式综合实验课程以及场景应用课程资源；所有虚仿实验可以在线仿真运行，也可以下载到实训硬件套件中运行；教学资源提供配套实验视频、实验指引、实验电路和实验代码包，支持老师使用和修改实验课；

（11）评分功能：实训课可以作为作业发布给学生，并支持自动评分和手动评分两种。

（12）教学管理：支持实验课名称创建、实验课封面图创建、实验指引创建、实验课视频上传、实验课件上传、Web浏览器在线实验代码编写、Web浏览器在线实验电路搭建；虚仿资源管理：支持老师使用自己制作的实验课或平台提供的示例实验课进行编辑、发布和删除，用于在线教学和课程作业；实训教学管理：平台支持教师邀请、查看、审核、修改、删除学生的账号；支持班级管理，老师可分别管理多个班级；支持学生同时在线学习，并发量由服务器性能决定；支持发布作业，设置作业截至时间；支持老师查看学生作业提交情况，检查学生的作业完成情况，给作业评分；支持老师按照学生姓名或作业名称搜索作业；支持学生查看、完成、提交老师发布的作业；支持学生在线提交作业时上传实验报告；支持100+种作业考核点，老师可灵活设置，根据考核点完成情况，系统自动或老师手动对作业评分；支持发布实验课资料，用于学生预习和复习。大数据分析与管理：平台支持班级学生的成绩、学习时间、老师使用数据等汇总，以图形等形式反馈；支持学生数量、教师数量、实验数量、元器件设备数量、实验发布情况、结课情况数据统计；支持发布实验学生耗费总时长、最多耗时时长、编码耗时时长、调试耗时时长数据统计；支持学生学习成绩统计；支持教师资源维护、实训安排、批改结果、课程评价管理等统计。

四、使用记录

    项目验收后，生产厂家给应用电子教研室组织全体教师进行了培训，并于10月21日投入使用。

图3  教室培训现场

单片机及嵌入式技术实训室项目是国产自主信息技术应用虚拟仿真基地的一期工程，旨在构建一个技术领先、功能完备、贴合产业需求的现代化电子信息技术实践教学平台。通过引入先进的嵌入式系统开发平台、丰富的传感器与执行器模块、以及配套的课程资源，打造集“基础教学、项目实训、创新开发、技能认证”于一体的综合性实训基地。项目将极大提升我校在单片机、嵌入式系统、物联网应用等核心课程的教学水平，为培养面向轨道交通、智能电子、工业控制等领域的高素质技术技能人才提供坚实的硬件与软件支撑，助力学生实现从理论到工程实践的无缝衔接。