Proteus8.0在“微機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

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摘 要：“微機原理與接口技術(shù)”是電子、電信、自動化等專業(yè)的一門實踐性較強的專業(yè)選修課程。文章主要從實際出發(fā)，探討Proteus8.0仿真軟件在“微機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中的改革，彌補傳統(tǒng)的板書和PPT教學(xué)方式的不足，通過實際的項目案例，結(jié)合該仿真軟件極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，旨在培養(yǎng)一批具有軟件和硬件綜合設(shè)計能力的學(xué)生，并為后續(xù)相關(guān)課程的教學(xué)奠定一個良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：“微機原理與接口技術(shù)”;Proteus8.0;課程教學(xué);綜合設(shè)計

針對應(yīng)用型本科院校，“微機原理與接口技術(shù)”是電子、電信、自動化等專業(yè)的一門實踐性較強的專業(yè)選修課程。它不僅為從事電子產(chǎn)品設(shè)計的企業(yè)培養(yǎng)了具有硬件和軟件設(shè)計能力的人才，同時也鍛煉出學(xué)生所具有的各種創(chuàng)新和團隊合作能力。該課程主要涉及微機工作原理及接口芯片設(shè)計和編程應(yīng)用，前面章節(jié)主要是匯編程序的編寫部分，大部分學(xué)生只是接觸過C語言，對匯編程序沒有任何基礎(chǔ)。后面章節(jié)主要涉及各種接口芯片，學(xué)生必須搞清楚它們的引腳及工作原理或者概念，需要記憶的東西很多。大多數(shù)高校學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時都感到理論知識缺乏，教師在課堂一味地灌輸理論知識，使得大部分學(xué)生對本課程失去了興趣。為了提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能夠真正地理解和掌握與微機接口的相關(guān)知識，本文主要采用Proteus8.0軟件仿真教學(xué)進行動漫演示，讓學(xué)生直觀地感受到整個硬件電路設(shè)計和程序編寫思想過程，這種教學(xué)方式和方法結(jié)合Proteus仿真軟件以項目案例教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的必然要求。

一、Proteus產(chǎn)品的概述

Proteus仿真技術(shù)是由英國Labcenter公司開發(fā)的一款性能較全面的軟件設(shè)計平臺[1]。該平臺元器件數(shù)目種類繁多，無須硬件實物的搭建，能夠快捷、方便有效地根據(jù)設(shè)計者的思想設(shè)計出電路仿真圖，設(shè)計者可以通過使用輸入輸出設(shè)備，如開關(guān)、LED、數(shù)碼管、鍵盤實現(xiàn)人機信息交互[2][3]。在電路設(shè)計的同時能夠?qū)崿F(xiàn)編譯調(diào)試，最短時間內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計者的要求把系統(tǒng)設(shè)計效果和實現(xiàn)的功能直觀地展示出來，更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解微機系統(tǒng)設(shè)計的整個過程。除此之外，Proteus軟件平臺還配備了虛擬示波器、信號發(fā)生器、數(shù)字信號圖像發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、邏輯分析儀以及簡單的電壓表、電流表。利用這些虛擬儀表可以實時地觀察到整個電路的仿真和調(diào)試結(jié)果[4]。

總之，Proteus8.0是一款可視化仿真界面，具有編程、創(chuàng)建、調(diào)試等一體化功能，設(shè)計者能夠根據(jù)自己的思路迅速地實現(xiàn)實驗效果，它是一個全方位的實驗仿真平臺。學(xué)生能夠根據(jù)自己的軟件代碼和硬件電路設(shè)計仿真動態(tài)地觀察每一步所產(chǎn)生的效果，相當(dāng)于一個模擬的實驗室平臺。

二、教學(xué)現(xiàn)狀和趨勢

目前，大多數(shù)高等院校針對本課程的教學(xué)都以理論課為主，教學(xué)手段以板書和PPT相結(jié)合的方法授課，由于本書涉及的8086CPU和接口芯片概念性東西很多，加上理論知識的抽象性，大多數(shù)學(xué)生理解起來特別困難，所以學(xué)生普遍感到內(nèi)容乏味，對微型計算機的基本組成、工作模式和8255、8259以及8255定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程應(yīng)用掌握不夠扎實[5]。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗和分析存在如下問題。

（1）理論教學(xué)中教師主要采用板書和PPT的方式講解，這種教學(xué)方法只能適合一部分學(xué)生，理論知識的過分強調(diào)，使得學(xué)生無法掌握其中的重點和精髓，忽略了實踐環(huán)節(jié)，缺少生動的動漫演示，學(xué)生不能夠真實地感受到程序運行每一步的實驗現(xiàn)象，最終沒有真正理解接口芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程應(yīng)用。這也是導(dǎo)致學(xué)生對這門課失去興趣的主要原因。

（2）在實驗教學(xué)中，實驗儀器大部分比較陳舊，有些芯片學(xué)生操作不當(dāng)，很容易損壞，導(dǎo)致實驗硬件部分很難實現(xiàn)。一些綜合性、設(shè)計性實驗無法進行。另外，硬件設(shè)施成本代價較高，實驗箱固定的電路，固定的器件限定了實驗項目的種類，大部分學(xué)生照搬照抄，相互模仿，只能做一些實驗箱上已開發(fā)的實驗項目，學(xué)生無法根據(jù)自己所學(xué)知識創(chuàng)新實驗項目，鍛煉自己硬件設(shè)計和軟件編程能力，無法提高自己的創(chuàng)新能力。

Proteus8.0仿真軟件具有強大的可視化界面，內(nèi)部具有豐富的元器件庫，能夠模擬仿真8086CPU相關(guān)可編程接口芯片，通過軟件編程實現(xiàn)硬件系統(tǒng)環(huán)境的虛擬調(diào)試，讓學(xué)生更加直觀地觀察到實驗的現(xiàn)象和動漫效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。

三、Proteus8.0在教學(xué)中的改革和應(yīng)用

傳統(tǒng)的理論教學(xué)，大部分教師對待本課程目前還是以理論教學(xué)為主，過分強調(diào)理論知識，尤其涉及微機硬件系統(tǒng)設(shè)計和匯編程序語言的應(yīng)用，講解內(nèi)容過多，偏向于空口白話，知識點抽象，大部分學(xué)生不能夠抓住重點，部分教師教學(xué)方法過于單一，“滿堂灌”的思想使得課堂的氣氛沉悶，久而久之，學(xué)生失去對本課程的學(xué)習(xí)興趣。實驗教學(xué)中大部分學(xué)生只是按照教師的示范照搬照抄實驗步驟完成實驗項目，并不能理解和掌握整個硬件設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)，針對該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，闡述Proteus8.0在“微機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中的改革與應(yīng)用。

1.Proteus8.0仿真教學(xué)實例

Proteus8.0仿真軟件內(nèi)部包含程序流程圖設(shè)計、匯編程序編寫界面以及電路原理圖設(shè)計等界面，教師可以通過多媒體融入Proteus8.0仿真教學(xué)，把原來抽象難懂的微機知識概念轉(zhuǎn)化為生動、直觀的動漫演示。在仿真實例設(shè)計的過程中幫助學(xué)生學(xué)習(xí)每一個模塊的理論知識。

從圖1、圖2可以看出8259A中斷控制器是通過按鍵接入IR0產(chǎn)生一個中斷請求信號，通過INTR接受8259A發(fā)送的中斷請求信號，如果CPU響應(yīng)該中斷請求會發(fā)出中斷響應(yīng)信號給8259A并且接受CPU通過此引腳發(fā)送的中斷類型碼。CPU響應(yīng)此請求發(fā)送中斷類型碼給8259A的D0～D7，CPU跳到中斷服務(wù)程序的入口地址處執(zhí)行中斷服務(wù)。中斷服務(wù)程序的功能即使得8086CPU的低8位數(shù)據(jù)0x01向左循環(huán)移位一次。

運用Proteus仿真能夠看到模擬的LED燈依次循環(huán)點亮。通過仿真硬件連接幫助學(xué)生學(xué)習(xí)中斷的概念及其8259A中斷控制器工作原理，同時結(jié)合硬件運用所學(xué)習(xí)的匯編程序?qū)υO(shè)計的系統(tǒng)進行控制，課堂上通過修改相關(guān)的程序?qū)崿F(xiàn)不同的動漫效果。Proteus8.0的可視化界面能夠全面地展示整個系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計過程，大部分學(xué)生能夠在這樣的仿真實例中學(xué)習(xí)抽象、難懂的8259A中斷控制器可編程接口芯片的工作過程，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.Proteus8.0替代傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式

大部分高校微機原理課程采用試驗箱進行實驗教學(xué)，已經(jīng)搭建好的試驗箱平臺不能體現(xiàn)學(xué)生的能力，只是需要幾根線就可以實現(xiàn)硬件設(shè)計，讓大部分學(xué)生不能深刻地理解芯片的結(jié)構(gòu)和原理，只是照搬照抄，Proteus8.0仿真軟件拋開整個試驗箱的框架結(jié)構(gòu)，學(xué)生通過元件庫搜索與實驗項目相關(guān)的電子元器件，進行合理的硬件設(shè)計，學(xué)習(xí)者可以在修改成程序的同時動態(tài)地觀察到仿真效果，不斷地幫助學(xué)生鞏固和學(xué)習(xí)課堂的理論教學(xué)知識。

此外，運用Proteus8.0仿真軟件進行實驗教學(xué)更加方便，學(xué)生可以在課后利用充足的時間用自己的電腦設(shè)計微機實驗課程的實驗項目或者課題，針對本次實驗項目，學(xué)生可以利用課后充足的時間不斷地擴展和創(chuàng)新，這樣比采用PPT的方式和過舊的實驗箱更體現(xiàn)出優(yōu)越性，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用實踐能力。

四、結(jié)語

理論與實踐教學(xué)是電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、自動化以及計算機專業(yè)的核心課程，是應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)方案的必然要求?；赑roteus仿真教學(xué)軟件有利于微機原理與接口技術(shù)理論教學(xué)應(yīng)用。內(nèi)部豐富的模擬器件有利于教師講解、演示并且動態(tài)地觀察到各模塊實現(xiàn)的效果與仿真，便于學(xué)生理解和學(xué)習(xí)相關(guān)可編程接口芯片抽象概念的講解。在進行實驗課的時候，學(xué)生能夠根據(jù)自己的想法和設(shè)計理念任意地設(shè)計電路，徹底代替實驗箱固定的電路，這樣不但提高了學(xué)生的動手能力，同時也為培養(yǎng)具有創(chuàng)新思想的人才奠定了基礎(chǔ)。Proteus8.0應(yīng)用于微機接口技術(shù)的教學(xué)是高等院校教學(xué)改革的必然要求，它極大地促進了教學(xué)模式由課堂“填鴨式”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖繉嵺`教學(xué)，Proteus仿真軟件平臺應(yīng)用于微機原理接口技術(shù)這門課，能夠充分地提升教學(xué)質(zhì)量，鍛煉學(xué)生的實踐性、創(chuàng)新性和團隊性。其改革任務(wù)還在不斷完善中，希望能夠在后續(xù)教學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用和擴展。

參考文獻：

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[3]彭楚武，張志文.微型計算機原理及其應(yīng)用[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2009.

[4]陳越，顧暉，梁惺彥.Proteus虛擬仿真在微機原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012（1）：106-108.

[5]陳紅衛(wèi)，袁偉.虛擬仿真在課堂教學(xué)中的應(yīng)用——以微機原理與接口技術(shù)課堂教學(xué)為例[J].長春教育學(xué)院學(xué)報，2014（7）：3-5.

作者簡介：周昌海（1988-），男，安徽滁州人，講師，碩士，主要從事光電智能信息處理研究。