Proteus仿真軟件在《微機(jī)原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用

張麗娟，茅 豐（上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，上海 201418）

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Proteus仿真軟件在《微機(jī)原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用

張麗娟，茅 豐
（上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，上海 201418）

摘 要：針對(duì)微機(jī)原理教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了用Proteus仿真軟件來(lái)解決的辦法，并通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了該軟件在匯編程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理；Proteus；仿真

對(duì)計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，《微機(jī)原理》是一門(mén)必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的重要基礎(chǔ)，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐體會(huì)，對(duì)此展開(kāi)探究。

1　目前教學(xué)狀況

1.1微機(jī)原理傳統(tǒng)課程教學(xué)模式

目前本課程共64學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)54學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)10學(xué)時(shí)，理論學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。課程的講授體系仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式：理論先于實(shí)驗(yàn)、原理先于設(shè)計(jì)，具體說(shuō)來(lái)，先學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，再介紹8086的指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言（其間會(huì)穿插實(shí)驗(yàn)教學(xué)），之后學(xué)習(xí)系統(tǒng)擴(kuò)展、接口技術(shù)，最終在原理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。課堂教學(xué)多采用多媒體教學(xué)，利用PPT或Flash動(dòng)畫(huà)來(lái)演示各芯片的工作流程。這樣的教學(xué)模式具有以下不足：（1）由于先介紹原理性知識(shí)后進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得學(xué)生不了解其應(yīng)有而感到理解困難，也覺(jué)得學(xué)起來(lái)枯燥乏味；（2）微機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件結(jié)合緊密地系統(tǒng)，而傳統(tǒng)理論教學(xué)中將硬件和軟件分離，忽略了軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；（3）PPT或Flash動(dòng)畫(huà)不能將實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程和系統(tǒng)仿真結(jié)果生動(dòng)地呈現(xiàn)，學(xué)生的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)熱情不能被充分調(diào)動(dòng)。

1.2傳統(tǒng)的微機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)模式

我們目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括 16位微機(jī)原理及其程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)、8254定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、8255并行接口實(shí)驗(yàn)、A/D 及D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容，所有實(shí)驗(yàn)均在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行（西安唐都80X86微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)箱），實(shí)驗(yàn)箱現(xiàn)有40套，而同時(shí)開(kāi)設(shè)該課程的學(xué)生數(shù)大約為120人左右，并且隨著設(shè)備的老化，損壞的導(dǎo)線、插孔會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)時(shí)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)完成接線、程序的錄入然后觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這一過(guò)程只是照本宣科的重復(fù)，學(xué)生缺乏主動(dòng)性，甚至不做實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在一定程度上加深了對(duì)課堂教學(xué)的理論內(nèi)容的理解，但由于實(shí)驗(yàn)是基于實(shí)驗(yàn)箱的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，不能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。另外基于硬件的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室不僅實(shí)驗(yàn)箱的數(shù)量有限，而且損壞的導(dǎo)線、插孔影響到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)往往受到諸如硬件資源、實(shí)踐和空間等條件的限制。

2　Proteus介紹

Proteus 是英國(guó)Labcenter electronics 公司研發(fā)的多功能EDA 軟件，它集電路仿真、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件于一體，不僅能夠進(jìn)行原理圖編輯和仿真，還可以進(jìn)行布線編輯。Proteus7.5 SP3以上版本新增對(duì)8086 CPU 及相關(guān)接口芯片的仿真功能；另外，Proteus 還提供有示波器、交直流、電壓/ 電流表、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、虛擬終端等很多虛擬儀器，是一個(gè)全開(kāi)放性的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備齊全的綜合實(shí)驗(yàn)室［1-2］。

Proteus自帶功能強(qiáng)大的器件庫(kù)，基本包括了微機(jī)原理及接口技術(shù)所需的各類(lèi)元器件，完全能夠滿(mǎn)足教師和學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求，并且便于觀察各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，便于在理論教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)教學(xué)演示，更便于在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中模擬更多的實(shí)驗(yàn)，特別是由于實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)限制而無(wú)法配置的示波器、信號(hào)發(fā)生器等器件的實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)方式，把理論、實(shí)踐真正有機(jī)的結(jié)合，教學(xué)過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生積極融入到討論和演練中，以引導(dǎo)學(xué)生的高度參與，教師以啟發(fā)為主，將課堂還給學(xué)生。

3　將Proteus引入《微機(jī)原理》課程的教學(xué)

在微機(jī)原理的授課過(guò)程中，適當(dāng)?shù)匾隤roteus軟件，可以對(duì)所講授的內(nèi)容進(jìn)行仿真演示，很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。

3.1將Proteus 引入微機(jī)原理課堂教學(xué)

《微機(jī)原理》是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，尤其是其中關(guān)于接口技術(shù)的理論知識(shí)部分，而該部分內(nèi)容，目前的教學(xué)還是遵循課堂講解理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)課通過(guò)硬件來(lái)操作的方法，造成在課堂上由于缺少對(duì)實(shí)際應(yīng)用了解，學(xué)生感覺(jué)抽象和難以理解，因此學(xué)習(xí)興致不高的問(wèn)題。但接口技術(shù)又是相當(dāng)重要的內(nèi)容，通過(guò)對(duì)可編程并行接口芯片8255A、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8253和可編程串行口芯片8251A的使用方法的介紹，學(xué)生才能初步掌握微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法［3］。下面以可編程并行接口芯片8255A的教學(xué)實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何將PROTEUS與微機(jī)原理的課堂教學(xué)相結(jié)合。

設(shè)計(jì)如下實(shí)例：8255A的A口和B口工作在方式0下，A口為輸入端口，接有4個(gè)開(kāi)關(guān)，B口為輸出端，接有一個(gè)七段發(fā)光二極管，要求編寫(xiě)一個(gè)程序，使七段發(fā)光二極管顯示開(kāi)關(guān)所撥通的值。在將Proteus引入課堂教學(xué)后，教師在課堂上可以充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，給學(xué)生演示完整的從硬件電路設(shè)計(jì)、控制程序編寫(xiě)、程序的編譯和軟件調(diào)試的過(guò)程，最終還可以進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，學(xué)生可以清楚地觀察到七段發(fā)光二極管顯示與開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的字符。

3.2基于PROTEUS的微機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)

目前微機(jī)原理的實(shí)踐教學(xué)基本在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行，造成學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足、實(shí)驗(yàn)也容易受到硬件損壞和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的影響，將Proteus引入實(shí)踐教學(xué)后，從硬件設(shè)計(jì)繪制原理圖到軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試，學(xué)生都沒(méi)有現(xiàn)成的模式可循，必須獨(dú)立去完成。我們的具體做法是：預(yù)先編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，給出實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要求，但沒(méi)有具體的電路原理圖和軟件程序，學(xué)生無(wú)論在實(shí)驗(yàn)課堂甚至是課外時(shí)間、在實(shí)驗(yàn)室還是宿舍和家里，只要有安裝了Proteus的計(jì)算機(jī)上，就可以獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的硬件電路和程序，并在PROTEUS仿真軟件里調(diào)試通過(guò)。之后在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，再在實(shí)驗(yàn)箱上搭建實(shí)際的硬件電路，進(jìn)行軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試。在此過(guò)程中，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，在解決問(wèn)題的過(guò)程中也進(jìn)一步加深了對(duì)微機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的理解。

4　結(jié)束語(yǔ)

引入 Proteus軟件可以很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣以及提高教學(xué)效率。把Proteus仿真軟件引入微機(jī)原理的理論與實(shí)踐教學(xué)，使其和微機(jī)原理、接口技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，優(yōu)化了教學(xué)資源，改變了理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)并訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維方面有顯著效果，具有推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］李現(xiàn)國(guó)，張艷. Proteus仿真在微機(jī)原理及接口技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用［J］. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2010， 27（12）: 125-127.

［2］郭榮寧. 基于 Proteus構(gòu)建硬件仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室［J］. 計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用.2013（05）: 95-96.

（責(zé)任編輯：施 芮）

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.69

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01. 144

文章編號(hào)：1672–7304（2016）01–0307–02

作者簡(jiǎn)介：張麗娟（1977-），女，河南三門(mén)峽人，講師，研究方向：電子信息工程。

The application of Proteus simulation software in the teaching of Microcomputer Principle

ZHANG Li-juan， MAO Feng
（ Shanghai Institute of Technology， Shanghai 201418）

Abstract:To solve the problems in the teaching of microcomputer principle， the method of using Proteus to solve the problem is put forward， and the application of the software in assembly process design and interface technology is illustrated by an example.

Keywords:Microcomputer principle； Proteus； Simulation