基于Protues仿真的《微機原理與接口技術》實驗教學改革必要性研究

董獻芬

摘要：該文介紹的是利用Protues仿真軟件實現《微機原理與接口技術》課程實驗教學改革必要性的研究，本研究的目的是以Protues仿真實驗代替原來需要使用實驗箱完成的實驗以提高實驗教學效率。Protues仿真實驗教學方法已由筆者應用在自己的實踐教學中，其有效性已得到驗證。

關鍵詞：Protues；仿真；實驗；改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）07-0104-03

The Study on the Experimental Teaching Reform Necessity of "Microcomputer Principles and Interface Technology" Based on Proteus Simulation

DONG Xian-fen

（Department of Information Engineering， Shandong Yingcai University， Jinan 250104， China）

Abstract： This paper introduces the study on the experimental teaching reform necessity of this course， microcomputer principles and interface technology by Protues simulation software. This research aims to replace the experiment made by experimental box with Protues simulation one to improve experiment teaching efficiency. Protues simulation experiment teaching method has been applied in my teaching practice， and its effectiveness has been verified.

Key words： Proteus； simulation； experiment； reform

1 改革的意義和必要性

《微機原理與接口技術》課程是我院計算機科學與技術、電子信息工程等專業(yè)本?？频囊婚T專業(yè)基礎課，本課程要求學生能夠掌握微機硬件的組成、原理及應用，并且能夠應用80x86指令系統(tǒng)進行匯編語言源程序的設計，掌握各種常用接口芯片的原理及其在接口技術中的具體應用，培養(yǎng)學生的軟硬件設計與應用能力，提高學生的實踐動手和創(chuàng)新能力。

《微機原理與接口技術》課程中涉及的概念較抽象，涵蓋的知識點也較多，需要實踐操作的項目也很多，是一門理實相結合、軟硬相結合的課程。因此，在教學過程中除要重視理論教學外，還必須輔以高質量的實踐教學。良好的實驗教學環(huán)節(jié)不僅可以增強學生學習的興趣，進而還可以加強學生對微機內部結構、匯編語言等知識的理解，還幫助學生對計算機內部工作原理和常用接口芯片的工作過程有了更清晰地認識[1]。實驗教學環(huán)節(jié)對提高學生的綜合實踐能力方面起著舉足輕重的作用。本文主要介紹利用Protues 仿真軟件實現微機接口實驗教學改革的研究與實踐。

目前，多數接口電路實驗主要是通過實驗箱完成，我院使用的是EL型微機教學實驗箱。實驗過程主要包括匯編語言程序設計和接口電路設計兩部分。主要的實驗有： 簡單的I/O口擴展實驗、存儲器讀寫實驗、8255A并行接口實驗、8251A串行接口實驗、8253A定時/計數器接口實驗、LCD顯示實驗、A/D和D/A轉換實驗等。

EL型微機教學實驗系統(tǒng)結構如圖1所示：

采用實驗箱完成實驗存在著一定的局限性：

1）實驗設備局限性。實驗箱價格較高，一經購買幾年之內很難再更換，不能緊跟專業(yè)的發(fā)展；相比較實驗箱而言，電腦的數量也更充裕，安排上課時間和地點更靈活；實驗箱的器件也容易損壞，維護較困難，且必須有專門的人員對實驗室進行維護管理。

2）實驗場所局限性。實驗箱需放在固定的實驗室，學生只能在上課時間或實驗室開放時間去做實驗，假期或學生外出實習期間不方便開展實驗。

3）實驗創(chuàng)新局限性。實驗箱的線路和芯片多數已固化，通過實驗箱開設的實驗多為驗證性實驗，學生只需按照實驗指導書既定的實驗步驟完成實驗，基本上沒有自己設計創(chuàng)造的部分，缺乏對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

Protues仿真軟件處理器模型支持80C51單片機、8086微處理器、MSP430超低功耗混合信號處理器、ARM處理器等一系列常用的單片機或微處理器，Protues也可用于模擬與數字電路教學實驗，單片機教學實驗【2】。另外，在學生的課程設計和畢業(yè)設計中應用也非常廣泛。采用Protues開展實驗，建立Protues仿真軟件實驗教學平臺是突破《微機原理與接口技術》實驗教學現狀中諸多限制的一種可行的教學改革方法。另外，還可借助網上實驗教學功能使該實驗平臺具有更高的推廣使用價值，發(fā)揮出最大的教學效益。基于Protues仿真軟件進行實驗，僅需一臺安裝了Protues軟件的電腦，這方便了學生在宿舍、教室、機房等地不受時間和空間的限制開展實驗、課程設計、畢業(yè)設計和電子設計競賽等環(huán)節(jié)。而且，通過Protues仿真軟件，可以開設的實驗數量多、內容廣，實驗過程由簡單到復雜，即從較簡單的驗證性實驗到較復雜的設計性和綜合性實驗。目前使用實驗箱進行的實驗都能利用Protues仿真軟件開展，而反之則不行。

總之，基于Protues仿真的《微機原理與接口技術》實驗教學為本課程的實踐教學提供了教改思路，不僅有助于提高教學質量，改善實踐教學效果，而且有助于改善學生的學習主動性和提高學生對本課程學習的積極性和趣味性。熟練掌握Protues仿真軟件的使用，對學生綜合設計能力和創(chuàng)新能力的提高有很大幫助。

2 改革研究的內容、目標和擬解決的關鍵問題

2.1 研究內容

1）《微機原理與接口技術》實驗室現狀分析；最大地發(fā)揮Protues仿真軟件應用功能研究；（利用Protues仿真軟件進行《微機原理與接口技術》設計性、綜合性仿真電路編制策略研究；

2）修正仿真電路設計和實施教學過程中存在問題的策略研究；

3）研究如何將本方法推廣到電子、單片機等相關課程中去。

2.2 研究目標

本項目的主要研究目標是將驗證性實驗轉化成設計性、綜合性實驗。研究利用Protues 仿真技術進行《微機原理與接口技術》實驗教學的教改新方法，建立適合我院本?？茖W生的《微機原理與接口技術》課程所開設實驗的全部仿真電路和內部使用的實驗指導書，克服實驗箱既看不到芯片也看不到內部電路的缺點，發(fā)揮仿真實驗由電路編制者自己選擇芯片，自己設計電路，自己規(guī)劃地址的靈活功能。

2.3 擬解決的關鍵問題

1）提高學生設計電路的能力。通過利用Protues仿真軟件，提高學生學習的主動性和積極性，培養(yǎng)學生的綜合設計和創(chuàng)新能力。

2）克服學生用實驗箱完成實驗受時間和地點限制的問題。利用Protues仿真軟件進行實驗，學生可以不受時空限制開展實驗。

3）解決尚無適合我校本專科學生《微機原理與接口技術》實驗課教學仿真實驗指導書的問題。

3 改革的特色、創(chuàng)新點及推廣價值

3.1 改革的特色

通過本改革，將驗證性實驗轉化成了設計性和綜合性實驗。

3.2 改革的創(chuàng)新點

克服傳統(tǒng)實驗箱既看不到芯片也看不到內部電路的缺點，發(fā)揮仿真實驗由電路設計者自己選擇芯片，自己設計電路、自己規(guī)劃地址的靈活功能。

3.3 推廣價值

基于Protues仿真軟件進行《微機原理與接口技術》實驗，方便經濟。通過不斷完善和搜集資料，可以開展的實驗很豐富，實驗內容由簡到繁、由淺人深、循序漸進，既可以進行驗證性實驗，也可以進行設計性實驗和綜合性實驗。

目前，雖然利用Protues仿真軟件進行實驗教學已在我院計算機科學與技術、電子信息工程本?？莆C接口課程實驗教學中良好運行，但能非常熟練使用這個軟件的教師人數還有待增加，通過本研究的開展，希望讓更多的教師重視仿真軟件在教學中的應用，進一步提高自身的教學和科研能力。

4 小結

本方法中的每個仿真實驗都需要用到本課程任課教師提前設計好的主板電路和譯碼電路【3】，學生在此基礎之上再設計出每個實驗的其他電路部分，并針對電路設計程序。

下面以一個8259中斷實驗為例，只要在實驗系統(tǒng)板上添加如圖2所示電路，并針對該電路設計如圖3所示程序代碼，即可完成8259中斷實驗。

利用Protues仿真軟件進行《微機原理與接口技術》仿真實驗教學在我院本課程實驗教學中已運行三年以上，主要開設的實驗有：8位端口讀寫、16位端口讀寫、8位流水燈、16位流水燈、24位流水燈、8255方式0讀/寫、8255方式1讀/方式0寫、8255方式0讀/方式1寫、8253方式1—3波形觀察、NMI中斷8位端口讀寫、8259中斷等實驗。運行效果良好，受到學生歡迎，提升了學生的學習興趣。

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