Emu8086和Proteus在微機(jī)原理教學(xué)中的研究與應(yīng)用

摘要：結(jié)合電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)微機(jī)原理與接口技術(shù)的教學(xué)，首先從南通理工學(xué)院微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教與學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析;其次提出了在理論與實(shí)踐教學(xué)過程中，通過Emu8086和Proteus軟件進(jìn)行匯編程序編寫、硬件電路設(shè)計(jì)及模擬仿真的設(shè)計(jì)方案。并以8086和8253A構(gòu)建分頻電路仿真實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明構(gòu)建的分頻電路可以通過8086的模擬仿真實(shí)現(xiàn)。最終總結(jié)了首次采用Emu8086和Proteus軟件虛擬仿真的教學(xué)方法，取得非常好的教學(xué)效果。通過生動(dòng)的仿真效果激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)為南通理工學(xué)院課程教學(xué)改革提供了一種新方法。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理;教學(xué)改革;emu8086;Proteus;分頻電路

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）35-0251-03

1 課程教與學(xué)的現(xiàn)狀

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程是南通理工學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)械工程、車輛工程、新能源科學(xué)工程等專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，課程主要包含微機(jī)的基本組成、8086/8088的工作原理、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及微機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)。由于近年來計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛，微機(jī)原理與接口技術(shù)這門課程的教學(xué)內(nèi)容陳舊、抽象、復(fù)雜、實(shí)踐性非常強(qiáng)這些問題，而且實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、資源有限等現(xiàn)象，導(dǎo)致目前在國內(nèi)大多數(shù)高校教學(xué)效果都不容樂觀，導(dǎo)致學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)興趣低下[1-3]。

2 Emu8086和Proteus軟件概述

隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，針對上述存在的問題。南通理工學(xué)院在微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)改革過程中采用Emu8086 用于匯編程序設(shè)計(jì)理論教學(xué)、Proteus 7.5版本進(jìn)行8086 實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真實(shí)踐教學(xué)，取得了非常好的教學(xué)效果[4-5]。對解決微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)和實(shí)踐難，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏等問題提供了一種新的解決方法[6-8]。

2.1 Emu8086軟件

Emu8086是目前學(xué)習(xí)匯編語言必不可少的程序設(shè)計(jì)工具，它結(jié)合了一個(gè)先進(jìn)的原始編輯器、組譯器、反組譯器、具除錯(cuò)功能的軟件模擬工具，還有一個(gè)循序漸進(jìn)的指導(dǎo)工具。該軟件包含了學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容。Emu8086還集源代碼編輯器，匯編/反匯編工具以及可以運(yùn)行debug的模擬器于一身，非常適合教師、學(xué)生在指令系統(tǒng)和匯編程序設(shè)計(jì)部分的理論教與學(xué)，直觀地反映了相關(guān)寄存器的變化過程以及匯編程序執(zhí)行的步驟。

2.2 Proteus軟件

Proteus軟件是由英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、DSP、ARM、Cortex、8086和MSP430等，在程序編譯方面，它也支持IAR、Keil編譯器。

3 分頻電路實(shí)驗(yàn)

3.1分頻電路硬件設(shè)計(jì)

分頻電路是指使輸出信號(hào)頻率為輸入信號(hào)頻率整數(shù)分之一的電子電路。在許多電子設(shè)備中如電子時(shí)鐘、頻率計(jì)等，需要各種不同頻率的信號(hào)協(xié)同工作，常用的方法是以穩(wěn)定度高的石英晶體振蕩器為主要振蕩源，通過各種變換得到相關(guān)設(shè)備所需要的各種頻率成分。

實(shí)驗(yàn)主要是借助于Proteus電路仿真軟件來對8086微處理器與8253A定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片來實(shí)現(xiàn)十分頻的電路設(shè)計(jì)。由于8086由20根數(shù)據(jù)、地址分時(shí)復(fù)用的雙向信號(hào)線，故在電路中選擇了3片74HC373芯片，該芯片具有74LS244三態(tài)門功能和74LS273數(shù)據(jù)鎖存的功能。電路還選用了專用譯碼芯片74LS138作為譯碼電路，圖中用地址總線上的A12—A15作為地址譯碼器的輸入和使能控制，由于非常所有的地址總線作為譯碼電路的輸入，所以這是一種部分地址譯碼的方式，當(dāng)74LS138的IO2輸出低電平時(shí)來片選中8253A芯片。8253A芯片的A0、A1由系統(tǒng)地址總線上A1、A2進(jìn)行四個(gè)端口的控制。在計(jì)數(shù)器0的外部時(shí)鐘輸入端接100Hz的時(shí)鐘脈沖，GATE0外接開關(guān)電路置1后計(jì)數(shù)器0開始計(jì)數(shù)，通過計(jì)數(shù)器0的OUT0輸出端口外接虛擬示波器觀察輸入與輸出波形，整個(gè)分頻電路硬件系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。

3.2分頻電路軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的前提條件，需要了解8253A定時(shí)/計(jì)數(shù)器的主要組成由3個(gè)計(jì)數(shù)器、一個(gè)控制寄存器以及數(shù)據(jù)總線緩沖器和讀寫邏輯電路組成，只有掌握內(nèi)部電路組成才可以對定時(shí)/計(jì)數(shù)器的選擇、工作方式的設(shè)定來確定端口地址和控制字，最終計(jì)算出計(jì)數(shù)初值。根據(jù)分頻電路系統(tǒng)原理圖列出8086系統(tǒng)地址總線分配表，如表1所示。

實(shí)驗(yàn)要求采用8253A計(jì)數(shù)器0，工作在方式3（方波發(fā)生器方式），輸入時(shí)鐘CLK0 為100Hz，輸出OUT0 要求為10Hz的方波，實(shí)現(xiàn)10分頻的功能，最后用示波器觀察輸出波形。所以先根據(jù)8253A控制字具有的固定格式，計(jì)算得到8253A的控制字為16H，再根據(jù)輸入的時(shí)鐘脈沖和輸出的頻率計(jì)算得到計(jì)數(shù)初值為100Hz/10Hz=10。由表1所示，可以得到計(jì)數(shù)器0的地址為A000H，控制字寄存器的地址為A006H。

根據(jù)上述計(jì)算初值按照8253A的編程算法，用Emu8086匯編程序設(shè)計(jì)軟件先寫計(jì)數(shù)器0的方式控制字，其次寫入計(jì)數(shù)器0的計(jì)數(shù)初值。具體源代碼如下：

ORG 100

CODE SEGMENT

ASSUME CS：CODE

START：MOV DX，0A006H ;控制字寄存器端口地址

MOV AL，16H ? ? ;控制字

OUT DX，AL

MOV DX，0A0000H ;計(jì)數(shù)器0端口地址

MOV AL，10 ? ? ?;計(jì)數(shù)初值

OUT DX，AL

JMP $

CODE ENDS

END START

生成.com文件。源程序可以通過EMU8086進(jìn)行單步調(diào)試，軟件的界面也非常友好，左側(cè)實(shí)時(shí)顯示寄存器的變化狀態(tài)。源程序單步調(diào)試環(huán)境如圖2所示。

源程序以.asm格式進(jìn)行保存，并對源程序進(jìn)行編譯。

COM文件可以很好地結(jié)合Proteus進(jìn)行模擬仿真。具體的裝載COM文件的過程為，右擊8086芯片選擇edit properties彈出如圖3所示的8086芯片屬性對話框窗口，在program file中選擇EMU8086生成的COM文件，設(shè)置時(shí)鐘頻率為1.5MHZ，最重要的是一定要在Advanced properties中選擇Internal Memory Size設(shè)置為0x10000，最終點(diǎn)擊OK即可。

至此，點(diǎn)擊Proteus中的運(yùn)行功能，分頻電路就可以利用8086芯片進(jìn)行模擬仿真。通過觀察虛擬示波器得到如圖4所示的分頻電路輸入與輸出波形圖。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明構(gòu)建的分頻電路可以通過8086的模擬仿真實(shí)現(xiàn)。學(xué)生們也通過分頻電路實(shí)驗(yàn)對微機(jī)原理與接口技術(shù)課程理論知識(shí)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，掌握了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，硬件開發(fā)的詳細(xì)過程是如何做到軟、硬件的聯(lián)合仿真調(diào)試。增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)這門課程的興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程時(shí)，不受硬件資源及時(shí)空的限制。同時(shí)也為后續(xù)的專業(yè)課程開設(shè)，如單片機(jī)、DSP、ARM、RX23T、FPGA等，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

微機(jī)原理及接口技術(shù)是一門專業(yè)性很強(qiáng)的課程，在南通理工學(xué)院應(yīng)用型本科工科專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)中有著非常重要的地位，首次采用EMU8086和Proteus虛擬仿真的教學(xué)方法，取得非常好的教學(xué)效果。通過生動(dòng)的仿真效果激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)解決了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、實(shí)驗(yàn)室資源有限等問題，為培養(yǎng)了學(xué)生的自主動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力提供了一種實(shí)踐方法，也為南通理工學(xué)院的課程教學(xué)改革提供了一種新方法。

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【通聯(lián)編輯：王力】