基于Proteus的微機(jī)原理教學(xué)研究

卿騰

摘要：針對當(dāng)前《微機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)與實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中存在的問題?；赑roteus虛擬仿真軟件平臺(tái)進(jìn)行了微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新，將微機(jī)原理課程中傳統(tǒng)的8259A中斷控制實(shí)驗(yàn)、Intel8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8255A并行I/O接口實(shí)驗(yàn)和內(nèi)存擴(kuò)展四大實(shí)驗(yàn)綜合成一個(gè)獨(dú)立的大實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在該大實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下教師和學(xué)生可以進(jìn)行微機(jī)原理課程中所有的實(shí)驗(yàn)，這種新的教學(xué)思路和方法能深化學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的綜合理解，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和提高學(xué)生對軟硬件的綜合開發(fā)能力。

關(guān)鍵詞：Proteus；微機(jī)原理；仿真

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-3044（2015）11-0218-03

Teaching Research of The Microcomputer Principles Based on Proteus

QING Teng

（College of Elect.and Information Engineering， Hunan Institute of Engineering， Xiangtan 411101， China）

Abstract： In In the view of the problem of the microcomputer principle and interface technology existed in the process of teaching and experiment. A new improved experimental teaching method， based on the virtual microcomputer principle experiment platform established by proteus software，was proposed in this paper， it makes several experiments integrated as one， which takes fewer experimental time .Such as the traditional experiment of 8259A interrupt control、the programmable timer/counter of Intel 8253、parallel I/O interface and memory expansion experiment of 8255A. Under the experimental system， teachers and students can carry out all the experiment， the kind of new teaching methods can deepen the students comprehensive understanding of knowledge， and stimulate the creativity and improve the capacity of the hardware and software.

Key words： Proteus； Microcomputer principle； Simulation

目前的微機(jī)教學(xué)當(dāng)中，在Proteus這一個(gè)仿真平臺(tái)上已經(jīng)陸續(xù)開展了8259中斷實(shí)驗(yàn)、8255并行口實(shí)驗(yàn)、8253定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)，但是這些實(shí)驗(yàn)都是分開的各自進(jìn)行的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，每次所研究的都是獨(dú)立的某個(gè)接口芯片的功能特點(diǎn)，并沒有去研究這些接口芯片的聯(lián)系性，綜合性，所以在如今的微機(jī)教學(xué)中，盡管有些學(xué)生對這門課程掌握的很好，每次試驗(yàn)都能很好地完成，但是這也并沒有意味著學(xué)生真的完全掌握了所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，只有再一次的將這些實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一起來研究，充分應(yīng)用到各個(gè)接口芯片的功能，做成一個(gè)整體實(shí)驗(yàn)，才能真正使學(xué)生掌握所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。

1 綜合仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 原理圖設(shè)計(jì)

原理圖設(shè)計(jì)如圖1所示，以8086為核心的微機(jī)處理器在最小工作模式下，以8086為基礎(chǔ)進(jìn)行外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、8259A可編程中斷控制器、Intel8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、可編程并行I/O接口8255A的擴(kuò)展，并在仿真軟件Proteus上進(jìn)行仿真，以研究微機(jī)原理的教學(xué)在仿真軟件上的進(jìn)行。

整個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基于一塊8086進(jìn)行的。用到3塊74LS373將8086的20根地址鎖存，鎖存之后通過門電路接入74LS138譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼端口分別接各個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模塊的片選信號，分別對應(yīng)為譯碼端口Y0接8253定時(shí)計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的片選、譯碼端口Y1接8255并行I/O接口實(shí)驗(yàn)?zāi)K的片選、譯碼端口Y2和Y3分別接8259中斷控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K內(nèi)的8255片選和8259片選。存儲(chǔ)器的擴(kuò)展則為分別擴(kuò)展16kb的數(shù)據(jù)和16kb的程序存儲(chǔ)器，片選信號分別為74LS138譯碼器譯碼端口的Y4、Y5、Y6、Y7。而各個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的片選地址分別為：8253定時(shí)計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K片選地址0000h、8255并行I/O接口實(shí)驗(yàn)?zāi)K片選地址2000h、8259中斷控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K片選地址4000h和6000h、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為偶體10000h-13fffh和奇體18000h-1bfffh、程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為偶體14000h-17fffh和奇體1cfffh-1ffffh。

圖1 原理圖設(shè)計(jì)

1.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)方案為針對每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K分別制定程序，程序制定完成后，可以修改相應(yīng)參數(shù)改變每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸入輸出結(jié)果。

8253的控制字與初始化編程，對通道0所賦值為00110110，流程圖如圖2所示.

圖2 8253流程圖

分析片選信號的地址，由于該設(shè)計(jì)方案中，8253片選信號端口所連接的是8086地址譯碼器譯碼端的Y0，，故模塊中用到的8253的地址為0000h，具體方式見表1。

表 1 8253模塊片選地址

8255A可編程初始化，通過工作模式控制字的定義將三個(gè)端口定義為不同的組合方式10000000h，流程圖如圖3所示。

圖3 8255流程圖

分析片選信號的地址，由于該設(shè)計(jì)方案中，8255片選信號端口所連接的是8086地址譯碼器譯碼端的Y1，故模塊中用到的8253的地址為2000h，具體方式見表2。

表 2 8255模塊片選地址

8259A編程包括程序初始化程序和工作方法兩部分，首先是寫入ICW1，本文中的ICW1=00010011b，接下來就是寫入ICW2。本文寫入的ICW2=01100000b，然后就是寫入ICW4。本文寫入的ICW4=00011011，流程圖如圖4所示。

圖4 8259流程圖

分析片選信號的地址，由于該設(shè)計(jì)方案中，8255片選信號端口所連接的是8086地址譯碼器譯碼端的Y2，從該中斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的片選方式可以看出，該模塊中用到的8255的地址為4000h，8259的地址為6000h，具體方式見表3。

表3 8259模塊片選地址

存儲(chǔ)器擴(kuò)展了16k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和16k程序存儲(chǔ)器，部分程序如下：

MOV CX，0064H； 循環(huán)100次

MOV DX，0000H； 置初值

MOV BX，9000H；

MOV AX，0000H

MOV DS，AX； DS置零

SIM：

MOV [BX]，DL

INC DL

INC BX

LOOP SIM

INT 3H； 停止在INT 3H

尋址范圍如表4所示：

表 4 RAM與ROM模塊地址尋址范圍

1.3 仿真結(jié)果

當(dāng)進(jìn)行8253實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，在Proteus仿真軟件上，裝載8253的程序，運(yùn)行程序即可驗(yàn)證8253的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能，通過修改程序參數(shù)，即可改變實(shí)驗(yàn)要求，運(yùn)行程序，再次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，適當(dāng)修改參數(shù)即可再次驗(yàn)證另一組實(shí)驗(yàn)，更加方便快捷。

由軟件編寫參數(shù)得到如下結(jié)果，示波器的A口也就是OUT0口輸出波形為周期為1ms，占空比為1：1的矩形方波。示波器的B口也就是OUT1口輸出波形為周期為6ms，占空比為5：1的矩形方波。示波器的D口也就是OUT2口輸出波形為周期為51ms，占空比為50：1的矩形方波。Proteus仿真結(jié)果圖示波器的A口如圖5所示。

圖5 8253A OUT0口輸出波形仿真圖

當(dāng)進(jìn)行8255實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，在Proteus仿真軟件上，裝載8255A的程序，運(yùn)行程序，即可驗(yàn)證8255并行I/O接口實(shí)驗(yàn)，由程序編寫設(shè)置，數(shù)碼管的顯示為19910815。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果如圖6所示。修改程序參數(shù)可現(xiàn)實(shí)任意可顯示的內(nèi)容。

圖6 8255A 數(shù)碼管仿真圖

當(dāng)進(jìn)行8259實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，在Proteus仿真軟件上，裝載8259的程序，運(yùn)行程序，運(yùn)行程序后，16個(gè)流水燈全部熄滅，當(dāng)按鍵按下后，流水燈從左往右依次點(diǎn)亮，到最后一個(gè)后，又重新執(zhí)行，使得又一次流水燈往復(fù)，8259A中斷控制仿真結(jié)果圖如圖7所示.

圖7 8259A中斷控制仿真圖

當(dāng)進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，在Proteus仿真軟件上，裝載存儲(chǔ)器的程序，運(yùn)行程序，運(yùn)行程序后，找到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元看是否寫入的相應(yīng)的字符串，由于程序的編寫內(nèi)容，從9000H單元開始依次寫入1-100字符。仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 RAM、ROM擴(kuò)展仿真圖

2 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢

（1）在該大實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下教師和學(xué)生可以進(jìn)行微機(jī)原理課程中所有的實(shí)驗(yàn)，這種新的教學(xué)思路和方法能深化學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的綜合理解，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和提高學(xué)生對軟硬件的綜合開發(fā)能力。

（2）較傳統(tǒng)教學(xué)更加注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合開發(fā)項(xiàng)目的能力，培養(yǎng)了學(xué)生對所做試驗(yàn)方案全面考慮的能力，激發(fā)了學(xué)生將課堂所學(xué)的零散知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來的熱情，更加能體現(xiàn)出學(xué)以致用的效果。

（3）傳統(tǒng)的微機(jī)實(shí)驗(yàn)中，雖然能較好的培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，但是，基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比重大，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大都是對理論知識(shí)的驗(yàn)證，不能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性。而該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過調(diào)用不同程序，直觀的給學(xué)生帶來實(shí)驗(yàn)結(jié)果的視覺效果，更會(huì)激發(fā)學(xué)生的CDIO（CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、和運(yùn)作（Operate））能力。

3 結(jié)束語

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門理論和實(shí)踐都十分強(qiáng)的課程，該課程的教學(xué)也是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和探索的過程。從改革之初的純理論教學(xué)加試驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)教學(xué)，到改革之后的引入proteus仿真軟件教學(xué)，教學(xué)效果有了很大的改善，使得學(xué)生的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)熱情大為提高，但之后的教學(xué)過程中又彰顯出問題。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏創(chuàng)新、思考、設(shè)計(jì)等能力。本文所提及的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠很好的解決這一問題。然而本課程的改革任是一項(xiàng)長期艱巨的任務(wù)，還需不斷地探索和完善。

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