微机原理与接口技术理论和实验教学方法探索

李杰++杨文耀++任晓霞

摘 要 针对微机原理与接口技术课程传统理论与实验教学中存在的问题，提出采用EMU8086+Proteus联合仿真平台，通过理论教学与实验教学有机结合的方式对教学方法进行改进，并对该方式的具体实施过程进行阐述。经过教学实践，取得良好的教学效果。

关键词 微机原理与接口技术；EMU8086；Proteus；教学改革

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）02-0134-04

Investigation of Theoretical and Experimental Teaching Method of Microcomputer Principle and Interface Technology//LI Jie， YANG Wenyao， REN Xiaoxia

Abstract In accordance with the problems existing in the traditional

theoretical and experimental teaching of microcomputer principle and interface technology course， EMU8086+Proteus co-simulation

platform and the organic combination of theoretical and experimental teaching are proposed to improve the teaching method. And the spe-

cific implementation process is described. Through the teaching prac-

tice， has obtained the good teaching effect.

Key words microcomputer principle and interface technology； EMU-

8086； Proteus； teaching reform

1 前言

微机原理与接口技术是我国多数本专科院校电类专业的重要专业基础课，是培养学生具有微机软、硬件设计和应用能力的必修课[1]。通过学习该课程，学生可以更加深入地掌握计算机体系结构及工作原理，掌握汇编语言的编程方法，熟悉微机接口电路等知识，为后续学好单片机、嵌入式、DSP等课程和技术打下基础[2]。因此，微机原理与接口技术课程的教学工作是大学培养电类专业应用型人才的重要环节之一。

2 教学问题和现状

目前大多数学生在学习微机原理与接口技术课程的过程中感觉十分困难，主要由于本课程的理论教学内容比较多，硬件方面涉及8086微处理器、存储器、可编程接口芯片、中断处理、定时计数器、串行通信、并行通信、模数和数模转换芯片的原理和结构；软件方面涉及汇编语言的学习和可编程外围接口的编程。而且课程的软硬件系统关系非常紧密[3]，使得大多数学生感觉该课程内容抽象、枯燥乏味、难学，从而丧失学习兴趣和信心。因此，对该课程理论与实验紧密结合的教学方法提出更高的要求。

目前多数高校的实验教学仍以实验箱为主完成实验内容。由于实验箱中的硬件电路基本固定，器件的品种和数量难以扩展，实验项目也主要是由厂家事先规定，因此，实验内容难以突破实验箱的限制，有些辅助和加深理解理论课内容的项目不能实施[4]。学生在做实验时，往往是将现成的程序下载进入实验箱，看见相应的实验效果，便认为完成了实验，但实际上没有真正理解接口电路的连接方法以及指令在8086微處理器中的执行原理，然而往往这才是学生最需要掌握的。而且实验箱成本高、易损坏，维护也不方便，造成部分学校实验设备不足，限制了学生的学习。因此，如何改善实验环境，激发学生学习兴趣，增强教学效果，是该课程实验教学改革中的一个重要课题。

多篇文章已提出采用Proteus仿真软件进行微机原理与接口电路的实验教学改革[5-6]，但是也仅仅提出了通过Proteus软件对8086的最小模式以及相应的接口芯片的电路进行搭建，这并不能很好地让学生理解指令在微处理器中的执行原理。本文提出的采用EMU8086+Proteus联合仿真平台，加上理论与实验有效结合的方法，可以使学生更加深入地理解8086微处理器结构和指令存储、取指和执行过程，并且掌握接口电路的连接和编程方法，为学生学好该门课程提供保障。

3 EMU8086软件在理论和实验教学中的应用

EMU8086不仅能够对汇编程序进行编辑和编译，同时能够生成Proteus仿真所使用的hex或者bin文件。此外，EMU8086还拥有debug的模拟器。使用该模拟器可以一步一步地执行程序，并且可以在执行程序的过程中查看8086各寄存器的值和存储器各单元中的值，还可以查看反汇编。相对于传统的MASM编译器，EMU8086图形化的界面使程序调试更直观和容易。在理论和实验教学中采用EMU8086，可以使学生加快并加深对8086寄存器类型和作用、指令的存储和执行等方面知识的理解。

EMU8086软件在理论教学中的使用 现在的理论教学大多采用多媒体教学，为EMU8086软件的演示提供了条件。在微机原理与接口技术的理论教学课堂上，可以在多处知识点上采用EMU8086演示的方式，一方面促进学生对相应知识点的理解和掌握，另一方面可以提高学生的兴趣，避免纯理论讲授的枯燥乏味。

比如在讲解寻址方式时，大多数学生一开始是比较难理解的，这时就可以采用EMU8086演示的方法。如指令语句“MOV AX，[2010H]”，需要给学生讲授该指令的源操作数是直接寻址。课本上往往只是给出直接寻址的概念并配上简单的示意图，但是学生学习之后并不能有效掌握该指令在内存中的存储形式以及执行该指令所涉及的各个存储单元的关系。这时教师可以打开EMU8086软件，在编辑界面定义一个代码段，代码段中写上前面那条指令，如图1中源程序区域所示。

程序编写完后，即进行编译，如果编译没错，便可生成exe文件。这时选择仿真选项，打开调试窗口，如图1所示。图中四部分窗口是学生在调试过程中需要注意的，即寄存器、内存单元、反汇编和源程序。寄存器模块里显示了8086当前各个寄存器的值。内存单元中可以显示8086的内存中各个地址的值，可以通过修改地址，查看不同地址单元的值。图1中同时可以查看代码段和数据段地址单元的值。反汇编窗口中显示了编写程序的反汇编代码。源代码窗口中即显示的是自己编写的汇编程序。图1的源程序窗口中能看见刚才写的指令“MOV AX，[2010H]”。这时就需要给学生讲解，指令都是以二进制的形式存放在8086的内存单元中，而且是存放在内存单元的代码段中的。

通过寄存器窗口可以查看到代码段的段地址（CS）为0710H，当前指令的偏移地址（IP）为0000H，可以看到在内存单元07100H地址开始的3个字节单元中存放的值依次为A1H、10H、20H，这便是指令“MOV AX，[2010H]”的机器码。源操作数是直接寻址，2010H便是源操作数所在单元的偏移地址，那么段地址是多少呢？通过讲解知道，段地址就是DS的值，通过寄存器窗口可以查看到数据段的段地址（DS）为0700H，根据内存单元可以看到0700H：2010H地址开始的两个字节单元存放的数据为12H和34H。在运行程序之前，AX寄存器的值为0000H；运行程序之后，AX寄存器的值变为3412H。

通过以上讲解和演示，学生就将指令语句、机器码、寄存器、代码段的内存单元和数据段的内存单元等知识点联系起来，并建立起比较直观的概念。

EMU8086软件在实验教学中的使用 要想让学生对知识点理解透彻，仅通过在理论课上演示是不够的，必须通过实验课让学生自己动手去调试程序。将EMU8086引入实验课堂，可以加强学生编写程序和调试程序的能力，从而加深对8086的寄存器、存储器、指令等概念的理解。

如在讲解8086指令系统这一节时，就可以开设一节实验课，由教师给出一段已经编写好的程序，让学生自己通过EMU8086进行调试，调试的时候对学生提出以下问题：

1）代码段和数据段的段地址是多少？

2）某一条指令的机器码是多少？

3）某一指令所在地址是多少？占多少字节数？

4）某一指令的源操作数是什么寻址方式？源操作数所指向的存储单元的值是多少？

5）执行某一条指令后，标志寄存器值的是多少？

除了以上问题，还可以提出许多问题。在教师的指引下，学生带着疑问去调试程序，会获得不少收获。

此外，在讲解汇编语言程序设计这一章时，也需要开设多个实验，让学生多上机编程，才能达到学以致用的效果。这些实验可以是字符及字符串输入输出实验、分支结构程序设计实验、循环结构程序设计实验等。这些实验都需要采用EMU8086进行程序的编辑和调试。

4 Proteus软件在理论和实验教学中的应用

Proteus软件能支持多种微处理器仿真模型，其简便的电路设计ISIS模块和庞大的器件库完全可以支持微机原理课程的教学和实验要求[6]。

在微机原理与接口技术的后面章节中涉及存储器、可编程接口芯片、数模与模数转换等知识，要学好这些知识，需要掌握硬件电路连接方法和软件编程方法。硬件电路就用Proteus软件进行绘制，软件编程采用EMU8086。利用Proteus+EMU8086联合仿真的方法，可以实现课本上所有接口电路的仿真。教师在理论课堂上讲解接口芯片和电路理论知识的时候，通过Proteus软件进行演示，可以让学生更直观地掌握8086最小模式的电路、地址译码方式、接口芯片的连接方式、输入输出电平信号等；然后在实验课上让学生独立画电路图、编写程序、仿真调试以实现相应功能，进一步加强学生对硬件电路和软件编程的掌握。

如在讲解简单I/O接口时，就可以利用锁存器74LS373和缓冲器74LS244实现对流水灯的控制，如图2和图3所示。图2为8086的最小模式电路，图3为接口芯片电路。利用该电路实现当开关K1闭合时，8个LED灯按照D0～D7的顺序循环点亮；当开关K2闭合时，8个LED灯按照D7～D0的顺序循环点亮；两个开关都闭合时，LED燈全亮。

通过教师对以上例子的演示讲解以及学生自己的实验仿真，可以使学生掌握8086最小模型电路的连接方法、锁存器74LS373和缓冲器74LS244的使用方法、地址数据总线的分时复用原理、IN/OUT指令的使用方法等。此外由于LED灯需要循环点亮，可以使学生掌握延时程序的编写方法。

通过多开设几个接口电路实验，可以极大地提高学生对8086微处理的指令、外围电路、接口芯片的掌握程度，也能锻炼学生的汇编语言编程能力。

5 总结

由于微机原理与接口技术课程知识点多而杂，传统的理论教学往往容易使学生感觉枯燥乏味、难以理解，从而丧失学习的兴趣和信心。采用实验箱进行实验教学，存在实验项目单一、成本高、易损坏且维护不方便等缺点，极大地限制了学生的学习。

本文提出采用EMU8086+Proteus联合仿真平台，理论教学与实验教学有机结合的方式，可以有效解决以上问题。在理论课上，教师通过EMU8086和Proteus软件进行演示，促进学生对知识点的理解；然后通过实验课，使学生独立编程调试和绘制电路仿真，达到对知识点的消化和吸收。采用该方式，该课程的理论学时与实验学时比例最好为1：1，才能够充分促进学生对教材上知识点的掌握。

多年的微机原理与接口技术课程教学成果表明，自从采用了Proteus+EMU8086联合仿真平台后，学生能更好更深地掌握教材上的知识点，也提高了学生编写程序、调试程序、设计电路的能力，为后续学好单片机、嵌入式系统和DSP等课程打下基础，为培养应用型人才提供了保障。■

参考文献

[1]李珍香，李全福.Proteus仿真软件在微机原理与接口技术课程实验教学中的应用[J].计算机教育，2015（9）：56-60.

[2]张小红.微机原理与接口技术实验教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2012（21）：113-115.

[3]周媛，麦云飞.《微机原理与接口技术》课程教学模式探索[J].科技视界，2016（3）：13.

[4]汪波，王庆勇.基于PROTEUS平台的微机原理与接口技术实验教学改革与实践[J].科技视界，2015（30）：77-78.

[5]李娟，王冬星，张华，等.基于Proteus的虚拟实验改进微机原理与接口技术课程教学[J].福建电脑，2015（2）：

56-57.

[6]尹晶晶，吴卫东.基于Proteus与EMU8086联合仿真的微机原理课程教学改革[J].信息与电脑：理论版，2015（23）：

183-184.