基于Emu8086和Proteus的《匯編語(yǔ)言和接口技術(shù)》課程仿真實(shí)驗(yàn)研究

彭玄璋 鄭偉 駱珍儀

摘要：該文針對(duì)《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》在實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了基于Emu8086和Proteus仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法；介紹了一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例——使用Emu8086和Proteus仿真軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)例說(shuō)明Emu8086和Proteus仿真軟件在該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用方法和仿真過(guò)程。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；仿真實(shí)驗(yàn)；微機(jī)接口；匯編語(yǔ)言

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）17-0165-03

1 引言

《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》課程對(duì)于計(jì)算機(jī)、通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一門重要的課程。該課程又是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，因此必須加強(qiáng)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合。通過(guò)實(shí)驗(yàn)促使學(xué)生能使用微處理器芯片及典型接口芯片設(shè)計(jì)出微機(jī)接口電路，加深對(duì)微處理器芯片和典型接口芯片特性的認(rèn)識(shí)和理解，掌握微機(jī)接口電路設(shè)計(jì)的方法，接受一定的匯編語(yǔ)言編程訓(xùn)練，從而加強(qiáng)微機(jī)應(yīng)用的工程實(shí)踐能力。

在傳統(tǒng)的《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用的微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱由于其內(nèi)部線路已經(jīng)連好，沒(méi)有給學(xué)生實(shí)際設(shè)計(jì)微機(jī)接口電路的機(jī)會(huì)，實(shí)驗(yàn)效果不是很理想。再有就是實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本高，容易損壞，維護(hù)困難，使用受到場(chǎng)地限制。針對(duì)使用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀中的諸多限制，我們提出了一種基于EMU8086和PROTEUS的《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》仿真實(shí)驗(yàn)的方法，通過(guò)使用PROTEUS7.9提供的VSM FOR 8086模塊，利用虛擬仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真。這一方法不僅完全取代了以往使用實(shí)驗(yàn)箱才能做《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》實(shí)驗(yàn)，而且使用方便、快捷，可靠性高，節(jié)省投資。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)使用的仿真軟件簡(jiǎn)介

Emu8086-Assembler and Microprocessor Emulator是一個(gè)可在Microsoft Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行的8086CPU匯編仿真軟件。它是的一款8086CPU模擬器，可以用于8086CPU的程序模擬運(yùn)行。另外，它本身集成了文本編輯器、編譯器和反編譯器，所以可用作8086匯編語(yǔ)言的集成開發(fā)工具軟件來(lái)使用。它是學(xué)習(xí)8086匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的一個(gè)理想工具。

Proteus是英國(guó)Labcenter electronics公司研發(fā)的一個(gè)EDA多功能軟件。它的ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)，有非常友好的人機(jī)互動(dòng)窗口界面；有豐富的操作菜單與工具。在ISIS編輯區(qū)中，能很方便地完成微機(jī)系統(tǒng)的硬件仿真電路設(shè)計(jì)、調(diào)試與仿真。

基于EMU8086、PROTUES仿真軟件和微機(jī)構(gòu)建的《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》課程的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如同一個(gè)真實(shí)的功能強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)室。教師可利用它進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以在此虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行微機(jī)接口仿真電路設(shè)計(jì)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練。

3 仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)實(shí)例

這里給出我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)基于Emu8086和Proteus的教學(xué)實(shí)例----8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)例，通過(guò)該實(shí)例可以了解到仿真軟件在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用方法和仿真過(guò)程。

3.1 實(shí)例的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

設(shè)計(jì)一個(gè)硬件仿真電路，利用8086微處理器連接8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部事件（用脈沖代表）進(jìn)行計(jì)數(shù)。

3.2 實(shí)例的仿真電路設(shè)計(jì)

這個(gè)實(shí)例用到的主要芯片有一片8086，一片8253，三片74273和一片74154。

其中74273用作為地址寄存器，74154用作為地址譯碼器。設(shè)定8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器的端口地址為400H～406H。按照實(shí)例的要求和8253的端口地址范圍，進(jìn)行相關(guān)接口芯片原理、功能分析和8253芯片端口地址分析后，使用Proteus ISIS設(shè)計(jì)出如下圖1所示的實(shí)例仿真電路。

3.3 8086匯編語(yǔ)言的實(shí)例源程序設(shè)計(jì)

8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器都可由程序設(shè)置6種工作方式，每個(gè)計(jì)數(shù)器均以減法計(jì)數(shù)。

設(shè)置計(jì)數(shù)器工作在方式0時(shí)，當(dāng)CPU給8253計(jì)數(shù)器裝寫入計(jì)數(shù)初值后，在門控端GATE端為高電平時(shí)，可用一個(gè)脈沖代表一個(gè)外部事件，每來(lái)一個(gè)CLK脈沖就對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減至為0時(shí)，在OUT端輸出高電平信號(hào)。

實(shí)例中8253計(jì)數(shù)器是按方式0工作，在控制字寫進(jìn)控制字寄存器之后，計(jì)數(shù)器的輸出OUT立即變低，在GATE為高電平的情況下，計(jì)數(shù)器允許計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)到0，OUT才變?yōu)楦唠娖?。仿真?shí)驗(yàn)時(shí)，OUT0端輸出的高電平點(diǎn)亮LED發(fā)光二極管。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的計(jì)數(shù)初值為5，也就是外部來(lái)了5個(gè)脈沖（下降沿）后， OUT0端輸出一個(gè)高電平。根據(jù)8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理和初始化編程要求，寫出如下的匯編語(yǔ)言源程序（文件命名為實(shí)例.asm）：

3.4 實(shí)例的仿真工作步驟

由于Proteus 本身不帶有 8086 的匯編器，因此必須使用外部的匯編器。所以我們使用Emu8086仿真軟件對(duì)已經(jīng)編寫好匯編語(yǔ)言的源程序進(jìn)行編輯并保存；然后對(duì)源程序進(jìn)行編譯，如果程序無(wú)錯(cuò)誤，則編譯通過(guò)，將會(huì)生成一個(gè).exe格式的可執(zhí)行文件（如實(shí)例.exe）。

在圖1所示的Proteus的仿真電路繪制好后，還需要加載可執(zhí)行文件（實(shí)例.exe）到8086CPU中才能仿真運(yùn)行。因此，使用Proteus打開實(shí)例的Proteus的仿真電路，然后雙擊電路圖中的8086可彈出元件屬性對(duì)話框。在打開的對(duì)話框中，單擊“Program File”欄目旁邊的文件瀏覽選擇按鈕，在實(shí)例仿真工程文件夾中找到已經(jīng)由Emu8086編譯好的可執(zhí)行文件——實(shí)例.exe，選中它之后，再單擊“OK”按鈕，結(jié)束可執(zhí)行文件的CPU加載過(guò)程。

單擊Proteus ISIS主界面左下角的仿真控制工具欄中的可進(jìn)行仿真測(cè)試運(yùn)行。

在上面的實(shí)例電路仿真運(yùn)行開始后，按下仿真電路圖中的按鈕5次后，發(fā)現(xiàn)LED燈點(diǎn)亮，8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行正常，這說(shuō)明硬件仿真電路設(shè)計(jì)和匯編語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)是正確的，達(dá)到了實(shí)例設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

在上面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例中，可以發(fā)現(xiàn)把Emu8086和Proteus仿真軟件結(jié)合使用比較好地克服了實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)固定單一，沒(méi)有靈活性的缺點(diǎn)。學(xué)生可以根據(jù)教學(xué)老師提出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)出不同的電路方案和匯編語(yǔ)言程序。

總之利用Emu8086和Proteus仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步提高了學(xué)生對(duì)《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)興趣，深化對(duì)課程內(nèi)容的掌握和理解。學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力得到了加強(qiáng)，進(jìn)一步提高了《匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)》課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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