基于Proteus的微机原理教学研究

卿腾

摘要：针对当前《微机原理与接口技术》教学与实验过程当中存在的问题。基于Proteus虚拟仿真软件平台进行了微机原理实验教学的改革与创新，将微机原理课程中传统的8259A中断控制实验、Intel8253可编程定时/计数器、8255A并行I/O接口实验和内存扩展四大实验综合成一个独立的大实验系统。在该大实验系统下教师和学生可以进行微机原理课程中所有的实验，这种新的教学思路和方法能深化学生对知识点的综合理解，能够激发学生的创造力和提高学生对软硬件的综合开发能力。

关键词：Proteus；微机原理；仿真

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

目前的微机教学当中，在Proteus这一个仿真平台上已经陆续开展了8259中断实验、8255并行口实验、8253定时计数器实验，但是这些实验都是分开的各自进行的独立实验，每次所研究的都是独立的某个接口芯片的功能特点，并没有去研究这些接口芯片的联系性，综合性，所以在如今的微机教学中，尽管有些学生对这门课程掌握的很好，每次试验都能很好地完成，但是这也并没有意味着学生真的完全掌握了所学的知识点，只有再一次的将这些实验统一起来研究，充分应用到各个接口芯片的功能，做成一个整体实验，才能真正使学生掌握所学的知识点。

1 综合仿真教学实验系统

1.1 原理图设计

原理图设计如图1所示，以8086为核心的微机处理器在最小工作模式下，以8086为基础进行外部的数据存储器、程序存储器、8259A可编程中断控制器、Intel8253可编程定时/计数器、可编程并行I/O接口8255A的扩展，并在仿真软件Proteus上进行仿真，以研究微机原理的教学在仿真软件上的进行。

整个综合实验系统是基于一块8086进行的。用到3块74LS373将8086的20根地址锁存，锁存之后通过门电路接入74LS138译码器进行译码，译码端口分别接各个实验系统模块的片选信号，分别对应为译码端口Y0接8253定时计数实验模块的片选、译码端口Y1接8255并行I/O接口实验模块的片选、译码端口Y2和Y3分别接8259中断控制实验模块内的8255片选和8259片选。存储器的扩展则为分别扩展16kb的数据和16kb的程序存储器，片选信号分别为74LS138译码器译码端口的Y4、Y5、Y6、Y7。而各个实验模块的片选地址分别为：8253定时计数实验模块片选地址0000h、8255并行I/O接口实验模块片选地址2000h、8259中断控制实验模块片选地址4000h和6000h、数据存储器的寻址范围为偶体10000h-13fffh和奇体18000h-1bfffh、程序存储器的寻址范围为偶体14000h-17fffh和奇体1cfffh-1ffffh。

图1 原理图设计

1.2 软件设计

软件设计方案为针对每个实验模块分别制定程序，程序制定完成后，可以修改相应参数改变每个实验模块的输入输出结果。

8253的控制字与初始化编程，对通道0所赋值为00110110，流程图如图2所示.

图2 8253流程图

分析片选信号的地址，由于该设计方案中，8253片选信号端口所连接的是8086地址译码器译码端的Y0，，故模块中用到的8253的地址为0000h，具体方式见表1。

表 1 8253模块片选地址

8255A可编程初始化，通过工作模式控制字的定义将三个端口定义为不同的组合方式10000000h，流程图如图3所示。

图3 8255流程图

分析片选信号的地址，由于该设计方案中，8255片选信号端口所连接的是8086地址译码器译码端的Y1，故模块中用到的8253的地址为2000h，具体方式见表2。

表 2 8255模块片选地址

8259A编程包括程序初始化程序和工作方法两部分，首先是写入ICW1，本文中的ICW1=00010011b，接下来就是写入ICW2。本文写入的ICW2=01100000b，然后就是写入ICW4。本文写入的ICW4=00011011，流程图如图4所示。

图4 8259流程图

分析片选信号的地址，由于该设计方案中，8255片选信号端口所连接的是8086地址译码器译码端的Y2，从该中断实验设计的片选方式可以看出，该模块中用到的8255的地址为4000h，8259的地址为6000h，具体方式见表3。

表3 8259模块片选地址

存储器扩展了16k数据存储器和16k程序存储器，部分程序如下：

MOV CX，0064H； 循环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

寻址范围如表4所示：

表 4 RAM与ROM模块地址寻址范围

1.3 仿真结果

当进行8253实验操作时，在Proteus仿真软件上，装载8253的程序，运行程序即可验证8253的定时/计数功能，通过修改程序参数，即可改变实验要求，运行程序，再次验证实验结果。在该实验平台上，适当修改参数即可再次验证另一组实验，更加方便快捷。

由软件编写参数得到如下结果，示波器的A口也就是OUT0口输出波形为周期为1ms，占空比为1：1的矩形方波。示波器的B口也就是OUT1口输出波形为周期为6ms，占空比为5：1的矩形方波。示波器的D口也就是OUT2口输出波形为周期为51ms，占空比为50：1的矩形方波。Proteus仿真结果图示波器的A口如图5所示。

图5 8253A OUT0口输出波形仿真图

当进行8255实验操作时，在Proteus仿真软件上，装载8255A的程序，运行程序，即可验证8255并行I/O接口实验，由程序编写设置，数码管的显示为19910815。实验仿真结果如图6所示。修改程序参数可现实任意可显示的内容。

图6 8255A 数码管仿真图

当进行8259实验操作时，在Proteus仿真软件上，装载8259的程序，运行程序，运行程序后，16个流水灯全部熄灭，当按键按下后，流水灯从左往右依次点亮，到最后一个后，又重新执行，使得又一次流水灯往复，8259A中断控制仿真结果图如图7所示.

图7 8259A中断控制仿真图

当进行存储器扩展实验操作时，在Proteus仿真软件上，装载存储器的程序，运行程序，运行程序后，找到相应的存储单元看是否写入的相应的字符串，由于程序的编写内容，从9000H单元开始依次写入1-100字符。仿真结果如图8所示。

图8 RAM、ROM扩展仿真图

2 综合实验平台的优势

（1）在该大实验系统下教师和学生可以进行微机原理课程中所有的实验，这种新的教学思路和方法能深化学生对知识点的综合理解，能够激发学生的创造力和提高学生对软硬件的综合开发能力。

（2）较传统教学更加注重培养学生的综合开发项目的能力，培养了学生对所做试验方案全面考虑的能力，激发了学生将课堂所学的零散知识点串联起来的热情，更加能体现出学以致用的效果。

（3）传统的微机实验中，虽然能较好的培养学生的动手能力，但是，基础验证性实验比重大，实验内容大都是对理论知识的验证，不能激发学生的创新性。而该综合实验平台通过调用不同程序，直观的给学生带来实验结果的视觉效果，更会激发学生的CDIO（CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、和运作（Operate））能力。

3 结束语

《微机原理与接口技术》是一门理论和实践都十分强的课程，该课程的教学也是一个不断学习和探索的过程。从改革之初的纯理论教学加试验箱实验教学，到改革之后的引入proteus仿真软件教学，教学效果有了很大的改善，使得学生的主动性和学习热情大为提高，但之后的教学过程中又彰显出问题。实验内容多为验证性实验，缺乏创新、思考、设计等能力。本文所提及的综合实验平台能够很好的解决这一问题。然而本课程的改革任是一项长期艰巨的任务，还需不断地探索和完善。

参考文献：

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[3]彭楚武.微型计算机原理及其应用[M].长沙：湖南大学出版社，2009.

[4]张洁，陈晓红.基于Proteus的微机原理实验教学改革[J].计算机光盘软件与应用，2013（12）：250-252.