针对控制原理控制器设计内容抽象，学生缺乏对实际控制案例的直观认识，同时传统实验教学资源由于受场地、时间、经济成本等条件的限制，难以满足教学需求的问题，提出一种基于半物理仿真的一阶倒立摆虚拟实验系统设计方案，详细介绍了该虚拟实验系统实现的关键技术，包括一阶倒立摆物理模型建立、自定义目标软硬件实现、虚拟倒立摆与嵌入式目标之间的通信方法等。通过该虚拟实验系统，可以进行开放性自动控制类、嵌入式系统类实验教学，达到寓教于乐，消除控制原理学习的枯燥感，激发学生学习热情的目的。