Proteus软件对“微机原理”课程教学的改进

高 林

(湖北民族学院信息工程学院，湖北恩施 445000)

在许多高校的教学实践中，“微机原理”课程既难教又难学，教学效果不太理想。为了提高学生对该课程的学习兴趣，培养他们的创新思维和综合开发能力，本文基于Proteus设计一个“微机原理”课程软件仿真教学系统，并利用该系统对该课程的理论和实验教学进行改进。

1 系统的组成

2009年，Labcenter公司推出了VSM for 8086平台及Proteus 7.5 SP3软件，支持8086微处理器与8255、8253、8259、8251 等接口芯片的系统仿真［1］。我们以Proteus软件为平台，结合“微机原理”课程的教学内容，设计出一个软件仿真教学系统，该系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

整个系统的核心是8086CPU，工作在最小模式(包括3片74LS373作为地址锁存器)［2］。外围配有其他功能电路模块，系统主要包括:

(1)人机交互界面包括发光二极管、数码管显示、液晶显示、独立式键盘和矩阵式键盘等。此模块通过基本I/O接口和并口扩展芯片8255与8086最小模式系统相连;

(2)常用接口芯片电路包括串口芯片8251、中断控制器8259、定时/计数器8253、8位A/D转换器ADC0808和8位D/A转换器DAC0832等;

(3)通信电路模块是RS-232串行总线，通过串口扩展芯片8251与8086最小模式系统相连。

2 对理论教学的改进

在理论教学中，“微机原理”课程内容难度较大，实例讲解比较抽象。我们使用了上述软件仿真教学系统进行辅助教学，可以将电路讲解变成直观生动的仿真演示［2］。

例如，在讲解可编程并口芯片8255工作在方式0(基本I/O方式)时，可以使用8255检测开关状态并显示的电路作为实例。该电路要求8086最小模式系统以8255作为接口，采集一组开关S7～S0的状态，然后通过一组发光二极管LED7～LED0显示开关状态(Si闭合，则对应LEDi亮，Si断开，则对应的LEDi灭，i=0～7)。其电路图如图2所示，图中8255左边引脚均来自8086最小模式系统。要求学生分析8255四个端口(A，B，C端口和控制端口)的地址，并写出实现给定功能的汇编语言程序。

图2 8255检测开关状态并显示电路图

传统的教学方法是用“板书+PPT”进行讲解，先根据8086地址总线与74LS138译码器及8255地址线的连接分析8255四个端口的地址，再根据电路结构和8255方式控制字写出实现给定功能的汇编语言程序。

采用软件仿真教学系统进行辅助讲解时，首先选择8086最小模式系统、8255、8个发光二极管和8个独立式按键电路这四个模块，按照要求连线。然后使用汇编语言编程并生成可执行文件。最后在Proteus软件中进行仿真并演示结果，其仿真结果如图3所示。图中每根连线的电平变化一目了然，发光二极管显示的结果与按键状态完全对应。

图3 8255检测开关状态并显示仿真结果图6

3 对实验教学的改进

在实验教学中，尤其是在完成微机接口实验时，学生普遍感觉I/O接口芯片与CPU的连接、可编程接口芯片复杂的工作方式等内容比较难以掌握，而在“微机原理”实验课程中，采用的微机原理实验箱由于其内部线路已经连好，没有给学生实际设计微机系统的机会，实验效果不很理想［4］。而使用上述软件仿真教学系统后，学生既能够自己动手设计电路，而且电路连线不再固定，可以自行更改、自由组合，从而取得了较好的教学效果。

例如，学生需要完成8251串行接口应用实验，该实验传统做法是学生利用实验箱内的8251芯片，实现与PC机串行通讯。PC机将键盘所按键值，由“串口调试助手”进行发送，通过 RS-232串口及8251后送入8088CPU，然后将所接收键值的ASCII码按十六进制数显示在数码管上，并将该键值回送至PC机显示。其实验连线图如图4所示。

图4 8251串行接口和应用实验连线图

学生要完成这个实验，首先根据电路图将少数几根导线连好，然后编写汇编语言程序，最后执行并观察实验结果。整体实验难度不大，但是学生很难通过实验深入了解该电路的工作原理，尤其对于地址译码电路，更是没有直观认识。比如，图4中8251芯片的片选信号 CS接03f8h，表示实验箱上8251芯片的地址就是03f8h，但是并未说明这个地址是如何通过译码电路产生的。

引入软件仿真教学系统之后，在完成上述过程的同时，还要求学生在Proteus软件中进行这个实验的电路设计及仿真。学生需要选择8086最小模式系统、8251、RS-232串行总线和数码管显示等电路模块，自行设计电路完成类似实验。其仿真结果如图5所示。

图5 8251串行接口和应用实验仿真结果图

图中数码管所显示的是最后一个收到的ASCII码的十六进制数值，而下面两个对话框中，左边是串行接收框，右边是串行发送框，最后一个字符“A”的ASCII码值等于41H。

4 结语

将“微机原理”课程软件仿真教学系统应用于教学实际表明，该系统不但提高了课程理论教学质量，改善了实验教学效果，培养了学生分析和设计电路的能力，增强了学生的创新能力。而且该系统还能够进一步应用于课程设计或毕业设计中，能够提高学生系统开发的效率，为实际的微机系统设计打下良好的基础。

［1］ 陈越，顾晖，梁惺彦.Proteus虚拟仿真在微机原理教学中的应用［J］.北京:电子技术应用，2012，38(1):106-108.

［2］ 周荷琴等.微型计算机原理与接口技术［M］.合肥:中国科学技术大学出版社，2008:42-43.

［3］ 张洁，梁惺彦，陈越.Proteus仿真软件在微机原理教学中的应用［J］.福州:福建电脑，2011(10):202-203.

［4］ 田社平，俞水锋，方向忠，等.Proteus在微机原理课程教学中的应用［J］.南京:电气电子教学学报，2011，33(5):70-72.