2.3.2.1. Phần cứng
Như tác giả đã phân tích ở trên, luận văn này chủ yếu tập trung vào xây dựng mô hình mô phỏng trên máy vi tính có cấu hình phù hợp. Thông thường cấu hình máy tính sử dụng cho việc mô phỏng hiện nay là máy vi tính có bộ vi xử lý Pentum IV hoặc cao hơn, tốc độ 2.0GHZ trở lên, Ram 1GB, video Ram 64MB, HDD
40
80GHZ, các thiết bị vào ra (bàn phím, chuột, máy quét, máy in, màn hình, máy chiếu…). Các thiết bị này có tên gọi khác là phần cứng máy tính (hardware).
2.3.2.2. Phần mềm
Để khởi động và thực hiện các thao tác xử lý thông tin trên máy tính đòi hỏi phải có các chương trình cài đặt được gọi là phần mềm (sofware). Phần mềm của máy tính có nhiều loại khác nhau, thông thường chúng được chia thành các loại như sau:
Phần mềm hệ thống:Đây chính là các hệ điều hành của máy tính, nó có trách
nhiệm quản lý toàn bộ hệ thống máy tính, các thiết bị vào ra, tạo điều kiện kết nối các thiết bị phần cứng lại với nhau để chúng có thể vận hành một đồng bộ và hoàn hảo nhất. Phần mềm hệ thống hiện nay chủ yếu là hệ điều hành Windows XP; Windows 7, Windows 8 của hãng Microsoft.
Các phần mềm ứng dụng: đây là các phần mềm phục vụ người dùng thực
hiện các công việc khác nhau của mình. Phần mềm ứng dụng trong quá trình dạy học gọi là phần mềm dạy học. Phần mềm dạy học đơn giản là các phần mềm hỗ trợ cho quá trình dạy học. Các phần mềm dạy học có thể hỗ trợ cho việc thiết kế xây dựng bài giảng, có thể trình diễn nội dung bài giảng, có thể kiểm tra kiến thức của người học, có thể làm thí nghiệm mở…
Các phần mềm hỗ trợ ứng dụng: đây là các phần mềm dùng làm nền tảng để
các phần mềm ứng dụng có thể thực thi được, ví dụ như :SQL sever , Java plugin….
Hiện nay CNTT phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ phần mềm. Việc khai thác và ứng dụng những phần mềm đó đã đem lại những hiệu quả to lớn và thiết thực trong việc nâng cao chất lượng đào tạo.
2.3.3.1. Ưu điểm của PMMP
Ứng dụng PMMP trong dạy học thu được một số ưu điểm sau đây.
41
Quan sát tình huống: Các đối tượng trong một tình huống sẽ được xem xét ở
nhiều góc độ khác nhau, ở nhiều vị trí tương đối khác nhau. Những tác động của các giả thiết trong tình huống sẽ được quan sát đầy đủ hơn.
Quan sát mối liên hệ: Người học sẽ quan sát mối liên hệ, ràng buộc giữa các
đối tượng dễ dàng hơn, từ đó người học có thể đưa ra những dự đoán, giả thuyết để kiểm chứng.
Quan sát khám phá: Với thế mạnh của phần mềm động, có thể định lượng
các yếu tố để có những kết luận. Từ các định lượng đó và với tính chất "động" của giá trị, SV có thể phát hiện những bất biến, các quy luật hoặc các đối tượng được quan sát.
*Làm những thực nghiệm nhanh, chính xác, ít tốn kém:
Thực nghiệm nhanh chóng: Người học có thể tiến hành thực nghiệm những ý
tưởng của mình thông qua những công cụ dựng sẵn của phần mềm động. Những thực nghiệm này rất nhanh chóng và với số lượng đủ lớn.
Điều kiện thực nghiệm ổn định: Với những thực nghiệm mang tính vật lý, các
điều kiện về các đối tượng phải được bảo đảm trong suốt quá trình thực nghiệm. Đối với thực nghiệm trên phần mềm động, điều đó là hiển nhiên có được.
Thực nghiệm có độ chính xác cao: Những thực nghiệm mà người học tiến
hành có độ chính xác rất cao do dựa trên những công cụ đã được kiểm nghiệm và tính chính xác của các phép tính trên máy tính.
Thực nghiệm ít tốn kém: Với phần mềm động, những chi phí tốn kém cho
thực nghiệm sẽ được giảm thiểu nhưng vẫn bảo đảm tính khách quan, chính xác.
*Làm việc trên một số lượng lớn các kết quả:
Khả năng xử lý một số lượng lớn dữ liệu:Với một tập hợp lớn các dữ liệu thu
thập được, người học có thể nhanh chóng có ngay các kết quả cần thiết của mình dưới sự hỗ trợ của phần mềm động.
Trích xuất các kết quả dưới những dạng khác nhau: Dựa trên những số liệu
42
dạng khác nhau, chứa đựng nhiều thông tin cần thiết theo thế mạnh của những dạng đó.
Những thay đổi tương ứng: Với dữ liệu đầu vào thay đổi, những kết quả đã
có cũng tương ứng thay đổi theo, giúp cho người học có ngay những kết luận cho mình.
2.3.3.2. Mộ sốphần mềm mô phỏng trong dạy học
Để có thể mô phỏng được các dạng mạch tương tự, mạch số trong hệ thống nhúnghiện nay có một số phần mềm đang được sử dụng nhiều mà tác giả biết đó làphần mềmElectronics Workbench, phần mềm Tina, phần mềm Proteus, Ptolemy….
a) Phần mềm Electronics Workbench
Với sự hỗ trợ của máy tính việc thử nghiệm và mô phỏng các mạch điện trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Đây là một phần mềm mô tả trực quan về điện, điện tử dễ thao tác với người sử dụng, phần mềm này cho phép vẽ ra các mạch điện cơ bản, chạy thử, kiểm tra tín hiệu vào/ra,… với nguồn linh kiện tương đối phong phú.
*Ưu điểm:
Vẽ các mạch điện tương đối dễ dàng, linh kiện phong phú, giao diện đơn giản.
Có thể xây dựng các bài thực hành, thí nghiệm ảo.
Phần mềm này chủ yếu dùng để mô phỏng các hiện tượng trong mạch điện, điện tử.
*Nhược điểm:
Nếu yêu cầu mô phỏng sâu, phần mềm không đáp ứng được. b) Phần mềm Proteus VSM: (Vitual Simulation Microcessor)
Là chương trình tạo và chạy các mạch điện, các mạch có vi xử lý và mô phỏng quá trình làm việc của mạch nguyên lý, giúp cho người học điện tử hình dung trực quan hơn vào thực tế của các linh kiên điện tử. Phần mềm Proteus VSM được viết bởi công ty Lab center Electronics. Proteus đã được sử dụng khá rộng rãi trên 35
43
quốc gia. Proteus đã tự khặng định thế mạnh của nó về mô phỏng các mạch nguyên lý sát với thực tế.
Proteus cung cấp cho người sử dụng hầu như toàn bộ các linh kiện điện tử để người dùng có thể tạo ra được các mạch nguyên lý và sau cùng là chạy thử và so sánh với kết quả thực tế.
Proteus có thể tạo và chạy được các mạch đơn giản cũng như các mạch phức tạp nên có thể dùng nó trong giảng dạy, trong các phòng thí nghiệm điện tử cũng như trong thực hành kỹ thuật số, vi xử lý…
Phần mềm Proteus chạy trong môi trường Window 32 bit, yêu cầu của nó về phần cứng đơn giản CPU 300MHZ trở lên.
*Ưu điểm:
Các phần mềm mô phỏng thường bị giới hạn bởi linh kiện. Trong khi đó thì ISIS mô phỏng được rất nhiều linh kiện, kể cả các IC lập trình được như vi điều khiển. Đây là ưu điểm nổi bật nhất của ISIS.
Hình ảnh mô phỏng sinh động; biểu tượng đều rõ ràng và giúp cho người làm dễ dàng hơn; mô phỏng được nhiều loại mạch khác nhau.
Có thể thay đổi được màu nền để phù hợp trong các trường hợp khác nhau.
Dễ dàng tạo ra một sơ đồ nguyên lý đơn giản từ các mạch điện đơn giản đến các mach có bộ lập trình vi xử lý.
Dễ dàng chỉnh sửa các đặc tính của linh kiện trên sơ đồ nguyên lý: Chỉnh sửa nguồn nuôi cho mạch, thay đổi tần số, tham số của linh kiện…
Công cụ hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế trên sơ đồ nguyên lý, xem và lưu lại phần báo lỗi.
Chạy mô phỏng và phân tích các tính chất của mạch điện cơ bản. Công cụ hỗ trợ cho việc chạy mô phỏng rất mạnh và chính xác. Các công cụ và đồ thị hỗ trợ mạnh cho việc phân tích tần số, sóng, âm thanh…, không những thế phần mềm còn có thêm các máy phân tích từ đơn giản như: đồng hồ đo Vôn, Ampe, đến các máy đo dao động, máy tạo sóng dao động…
44
Ngoài ra Proteus còn cung cấp cho người sử dụng các công cụ mạnh mà các phần mềm khác hầu như không có. Chẳng hạn thư viện LED với các loại màu sắc khác nhau kể cả led 7 đoạn. Nhưng phần hiển thị mạnh nhất mà Proteus cung cấp là LCD, nó có thể mô phỏng cho rất nhiều CD từ đơn giản đến phức tạp.
*Nhược điểm:
Một số linh kiện là các vi mạch tích hợp các cổng logic nếu dùng đúng IC đó để mô phỏng thì nó sẽ báo lỗi.
Diện tích thiết kế chưa đáp ứng với các mạch đòi hỏi nhiều linh kiện. c) Phần mềm Tina
TINA là một trong những gói phần mềm mạnh dùng để phân tích, thiết kế, mô phỏng mạch tín hiệu số, tương tự... và kết hợp các mạch điện tử hay các mạch in của chúng. Phần mềm cũng có thể dùng để phân tích các mạch quang điện, kiểm tra và gỡ lỗi các ứng dụng vi điều khiển và vi xử lý. Một tính năng đặc biệt của phần mềm là cho phép đưa mạch ra thực tế thông qua cổng USB được điều khiển bởi phần cứng TINAlabII.
*Ưu điểm:
Vẽ các mạch điện tương đối dễ dàng, linh kiện phong phú, giao diện đơn giản.
Phần mềm được xây dựng với nhiều phần tương tác với nhau, người thiết kế có thể vẽ mạch bằng sơ đồ nguyên lý và chuyển sang dạng mạch in, quan sát mạch in dưới dạng 3D và xuất ra tập tin hình ảnh.
Phần mềm TINA là một công cụ hữu dụng trong việc hỗ trợ thiết kế mạch điện tử, và sản xuất mạch in.
*Nhược điểm:
Phần mềm này hạn chế trong việc đáp ứng được yêu cầu mô phỏng mạch động lực của điện tử công suất.
45
Ptolemy là phần mềm mã nguồn mở, nó được ứng dụng dùng để mô phỏng thiết kế hệ thống nhúng. Ptolemy là phần mềm mới, nó có ưu điểm có thể mô phỏng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Với lý do này, tác giả đã ứng dụng Ptolemy để giảng dạy trong thiết kế hệ thống nhúng. Tác giả sẽ giới thiệu cụ thể về phần mềm Pttolemy ở chương 3.