仿真軟件在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)中的應(yīng)用

王君

摘要：針對(duì)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程內(nèi)容和特點(diǎn)，介紹了計(jì)算機(jī)仿真軟件：EMU8086、MFS和Proteus ISIS，分別適用于匯編語言程序設(shè)計(jì)、DOS功能調(diào)用和硬件接口技術(shù)等不同知識(shí)點(diǎn)，并且具有操作簡單、界面直觀等優(yōu)點(diǎn)。仿真軟件的應(yīng)用能夠改善課堂教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)，為實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐操作打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理與接口技術(shù)；EMU8086；MFS；Proteus ISIS

中圖分類號(hào)：TP368.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）31-7390-02

Abstract： According to the characteristics and contents of “ Microcomputer principle and interface technology”， this article introduces multiple Simulation software： EMU8086、MFS and Proteus ISIS. The software apply to the course teaching of assembler language programming、DOS Function calls and the hardware interface technology. The good interface of software and its easy operating are able to change the course teaching mode， stimulate students interest in learning， help the student to have a better master handle of principle knowledge and lay a good foundation for the experiment and practice.

Key words： Microcomputer principle and interface technology； EMU8086；MFS；Proteus ISIS

1 概述

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是大學(xué)本科信息類、電氣類、機(jī)電類等專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，學(xué)生通過對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)，能夠掌握微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成和工作原理，提高對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解和應(yīng)用能力，為將來學(xué)習(xí)和應(yīng)用層出不窮的微型計(jì)算機(jī)新技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)[1]。目前開設(shè)的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程主要以Intel 8086/8088CPU為核心，介紹微型計(jì)算機(jī)的基本組成、工作模式、相應(yīng)的編程操作——匯編語言程序設(shè)計(jì)以及常用的硬件接口芯片，課程知識(shí)點(diǎn)多、涵蓋面廣、與實(shí)踐緊密相連，學(xué)生普遍反應(yīng)學(xué)習(xí)難度大。

針對(duì)匯編語言程序設(shè)計(jì)、DOS功能調(diào)用和硬件接口技術(shù)這些“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中的重要知識(shí)點(diǎn)，課程教學(xué)中應(yīng)用好可視化和可操作化的仿真軟件，可以讓學(xué)生直觀地了解微型計(jì)算機(jī)的工作原理和程序執(zhí)行過程，加深理論知識(shí)的理解，更好地學(xué)習(xí)這門課程。

2 EMU8086仿真軟件在匯編語言程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

Intel 8086CPU采用的匯編語言程序是“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的重點(diǎn)，也是微型計(jì)算機(jī)軟、硬件應(yīng)用的基礎(chǔ)，但僅對(duì)匯編程序本身進(jìn)行講解，學(xué)生會(huì)覺得枯燥無味，大量的匯編指令難記憶，復(fù)雜的程序難理解。如何幫助學(xué)生記住常用指令的功能，弄清楚常見程序結(jié)構(gòu)的運(yùn)行順序，就要依靠仿真軟件的演示：單步執(zhí)行指令，相應(yīng)結(jié)果直觀顯現(xiàn)，指令功能清晰明了。

EMU8086 - Microprocessor Emulator是一款結(jié)合了編輯器、組譯器、反組譯器、具除錯(cuò)功能的軟件模擬工具[2]。EMU8086軟件界面簡單直觀，易于操作。除了模擬程序運(yùn)行以外，EMU8086仿真軟件還可以實(shí)時(shí)觀測到CPU寄存器、存儲(chǔ)器和變量的當(dāng)前值，并且能夠在程序運(yùn)行中為寄存器各位選擇0/1的數(shù)字量輸入，這樣在程序單步調(diào)試過程中，學(xué)生可以直觀的看出每一步程序執(zhí)行的效果（見圖1） ，幫助記憶指令功能以及查找程序錯(cuò)誤。

EMU8086軟件還有一個(gè)很重要的功能是利用compile功能鍵生成COM格式的文件， Proteus ISIS軟件（后文將介紹）加載這個(gè)文件后，才能完成硬件仿真。

3 MFS仿真軟件實(shí)現(xiàn)DOS功能調(diào)用

DOS 是IBM PC系列微機(jī)的操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的所有資源、協(xié)調(diào)微機(jī)的操作，其中包括大量的可供用戶調(diào)用的服務(wù)程序，不依賴于具體的硬件系統(tǒng)[3]。DOS功能是一個(gè)具有90多個(gè)子功能的中斷服務(wù)程序，可以實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入、顯示器輸出和文件管理等具體功能，但現(xiàn)在90后的學(xué)生一直接觸Windows操作環(huán)境，已經(jīng)不熟悉DOS系統(tǒng)，不能理解課本上關(guān)于DOS功能調(diào)用的程序執(zhí)行后是什么樣的操作效果，需要在課堂上演示從鍵盤鍵入到DOS界面下顯示字符的過程，幫助學(xué)生掌握好這一節(jié)的內(nèi)容。

多功能微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件MFS（Multi Function Soft，簡稱MF）是由華中科技大學(xué)開發(fā)，與MIFID微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相配套的一款平臺(tái)軟件。在不連接硬件實(shí)驗(yàn)箱的情況下，MF實(shí)驗(yàn)程序開發(fā)環(huán)境也可以完成匯編程序的編輯、編譯、連接、調(diào)試和運(yùn)行，支持?jǐn)帱c(diǎn)設(shè)置和單步調(diào)試，特別是可以進(jìn)入DOS調(diào)試界面，在此界面中可以進(jìn)行單步運(yùn)行，利用Add Watch命令查看各寄存器和內(nèi)存單元的內(nèi)容，利用User Screen 命令查看運(yùn)行DOS功能調(diào)用中顯示器顯示程序后屏幕顯示的效果（見圖2） 。

種虛擬儀器，具有對(duì)常用控制芯片及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真功能[4]。Proteus ISIS軟件最早支持51系列、AVR系列和ARM系列單片機(jī)的硬件仿真，一直是單片機(jī)課程和實(shí)驗(yàn)中最常用的軟件開發(fā)和調(diào)試工具，一直到Proteus 7.5版本開始增添了基于8086微處理器的仿真功能，此外，微機(jī)原理與接口技術(shù)教材中涉及到的并行接口芯片8255A、串行通信芯片8251A、定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253、中斷控制器8259A、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832等都可以在Proteus的元器件庫中找到。

在Proteus ISIS圖形工作界面繪制好原理圖后，在8086CPU中裝載入EMU8086軟件生成的COM格式文件，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，電路進(jìn)入仿真狀態(tài)。圖3是一個(gè)并行接口芯片8255A應(yīng)用電路，在電路仿真運(yùn)行過程中，單擊開關(guān)，來回切換開關(guān)狀態(tài)，就可以觀察到發(fā)光二極管的變化?？梢?，Proteus軟件可以完成一個(gè)完整微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，對(duì)這個(gè)軟件的介紹和應(yīng)用將充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與硬件設(shè)計(jì)的積極性，從而加深對(duì)微機(jī)接口技術(shù)理論知識(shí)的理解。

5 結(jié)論

將先進(jìn)的仿真工具應(yīng)用于“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的教學(xué)中，在課堂上引入適當(dāng)?shù)姆抡婧脱菔荆軌蛲ㄟ^直觀的軟件運(yùn)行和硬件仿真實(shí)例豐富教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生更好的理解理論知識(shí)，加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，并且對(duì)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力也有很大的幫助，在一定程度上為相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周明德. 微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[2] 胡安明. EMU8086在匯編語言教學(xué)中的使用[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2008（4）：53-54.

[3] 馮博琴，吳寧. 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) [M]. 3版.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[4] 顧暉，梁惺彥.微機(jī)原理與接口技術(shù)——基于8086和Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.