基于LabVIEW的微機原理實驗輔助學習平臺

孫佰順?武傳佳?郭春超?時博

[摘 要]微機原理實驗能夠幫助學生深入了解計算機硬件情況和運行原理，提高學生的匯編能力。LabVIEW是一種使用圖形化編輯語言進行編程的開發環境，LabVIEW軟件是開發系統的理想選擇。本文運用LabVIEW軟件為開發工具，針對微機原理實驗中存在的一些問題，分析了微機原理實驗輔助學習平臺的工作原理，旨在提高微機原理實驗的教學效果。

[關鍵詞]LabVIEW；微機原理；實驗教學；學習平臺

微機原理實驗主要對微型計算機的硬件結構和組成、外部接口技術、工作原理等工作進行研究，是計算機、機電、電子等專業的重要課程。由于微機內部芯片具有高度集成性，因此在教學過程中很難抽象講解出其原理，學生也很難理解各時序狀態下信號的動態變化。LabVIEW是圖形化的編程語言，本文研究的基于LabVIEW建立的微機原理實驗平臺能夠將課本中的抽象內容變得生動，為學生的學習提供便利條件，強化學生對知識點的理解，提高教學效率。

一、微機原理實驗輔助學習平臺總體結構

微機原理實驗輔助學習平臺主要運用圖形化編程語言LabVIEW來實現。基于LabVIEW的微機原理實驗輔助學習平臺能夠將虛擬儀器引入到實驗教學中，進而直觀反映實驗原理。基于LabVIEW的微機原理實驗輔助學習平臺的總體結構如圖1所示。教師可以根據這一平臺進行講解，學生可以自主選擇平臺中的學習內容，通過對知識介紹、應用舉例、功能仿真模擬、問題分析等模塊的學習，不斷加深學生對知識的理解程度，提高學生學習效率。

二、平臺設計與實現

微機原理學習中，由于接口部分內容晦澀難懂，實驗又會受到場地的影響，因此接口部分一直是學習的難點。本文以可編程計數器、定時器Intel8253及譯碼器74LS38為例，介紹微機原理實驗平臺的設計與實現。

1.知識介紹模塊

本文設計的輔助學習平臺中，知識介紹模塊主要介紹了日常應用接口芯片的相關知識。例如對于47LS138譯碼器的介紹，可以通過圖片和字符輸出控件，將芯片的引腳、功能等知識以圖片的形式展現出來，方便學生理解芯片的內部結構和工作原理。圖2為知識介紹模塊的前面板。

2.工作方式學習及仿真演示模塊

微機原理實驗的重點是掌握相關芯片的工作方式，其具有很強的專業性和實踐性，進而為以后的實際應用打下堅實基礎。防震演示模塊能夠對并行接口芯片8255、中斷控制器8259、定時計數器8253等可編程接口的運行方式進行仿真，學生可以根據需要自主選擇學習內容。例如選擇8253定時計數器操作界面，該界面能夠將8253定時計數器的六種工作方式分別放在六個選項卡中，每個選項卡的下拉列表中包含重寫人計數值、門控信號影響、正常計數這三項內容，每項內容都會對應相應的文字說明和圖片實例，學生可以根據自己的需求選擇工作方式和具體內容，通過設置不同的參數顯示該工作方式下各種信號引起的時序變化情況。

以8253工作方式的演示界面為例，其操作前面板中使用了布爾控制、波形顯示、數值輸入等控件，學習者可以自己設置初值和人計數值，改變GATE門控信號和暫停等操作。

8253工作方式為軟件啟動，其不會自動重復計數，寫入控制字后，OUT輸出信號輸出高電平，若GATE等于1，則裝入計數初值后就開始計數，如果GATE信號不等于1，則重新控制OUT輸出，直到GATE等于1為止。計數結束后，將OUT輸出一個CLK周期寬的負脈沖。重寫計數值及GATE信號變化對OUT輸出的影響都可由學習者自行操作觀察。

本文研究的輔助學習平臺的仿真過程由While循環構成，按退出按鈕時While循環結束。內部信號的輸出速率由While循環的頻率參數控制。輸出信號OUT、寫信號WE、時鐘信號CLK、計數初值、門控信號GATE等變量進入While循環后，GATE信號發生變化和計數結束都會影響OUT輸出信號的值，循環體通過多個CASE結構選擇重寫數值，CLK信號在循環體中由移位寄存器回送并轉向產生周期性變化的時鐘信號。

三、實驗及應用舉例

本文以8255并行口實驗模擬界面為例，對輔助學習平臺的實驗過程進行分析。首先，學習者應打開實驗說明，充分了解實驗內容和原理，然后通過數字輸入鍵輸入8255工作方式的控制字，此時下方對應的顯示框中就會顯示該控制字的工作方式。根據實驗要求，寫入控制字10010000B，在輸入口連接八個開關，輸出口連接八個發光極管，選擇方式0工作。可在CSO-CS7中任選一個與8255的選片信號CS8255相連，正確設置相應的端口地址，并通過開關實時控制發光二極管的狀態。

四、結語

總而言之，基于LabVIEW的微機原理實驗輔助學習平臺，能夠模擬仿真微機原理中的各種接口實驗和各種時序關系，將抽象的知識變得直觀、明了，學生可以通過學習平臺自主學習相關知識。另外，基于LabVIEW開發的學習平臺成本低、效率高，模塊化設計更具擴展性。同時，基于LabVIEW的微機原理實驗輔助學習平臺，能夠豐富教學方法，提高學生興趣，幫助學生深入理解知識，提高教學效率。

參考文獻：

[1]王詠寧，毛多鷺.基于LabVIEW的微機原理實驗輔助學習平臺[J].現代電子技術，2015，38（18）：33-35.endprint