基于LabVIEW的微机原理实验辅助学习平台

孙佰顺?武传佳?郭春超?时博

[摘 要]微机原理实验能够帮助学生深入了解计算机硬件情况和运行原理，提高学生的汇编能力。LabVIEW是一种使用图形化编辑语言进行编程的开发环境，LabVIEW软件是开发系统的理想选择。本文运用LabVIEW软件为开发工具，针对微机原理实验中存在的一些问题，分析了微机原理实验辅助学习平台的工作原理，旨在提高微机原理实验的教学效果。

[关键词]LabVIEW；微机原理；实验教学；学习平台

微机原理实验主要对微型计算机的硬件结构和组成、外部接口技术、工作原理等工作进行研究，是计算机、机电、电子等专业的重要课程。由于微机内部芯片具有高度集成性，因此在教学过程中很难抽象讲解出其原理，学生也很难理解各时序状态下信号的动态变化。LabVIEW是图形化的编程语言，本文研究的基于LabVIEW建立的微机原理实验平台能够将课本中的抽象内容变得生动，为学生的学习提供便利条件，强化学生对知识点的理解，提高教学效率。

一、微机原理实验辅助学习平台总体结构

微机原理实验辅助学习平台主要运用图形化编程语言LabVIEW来实现。基于LabVIEW的微机原理实验辅助学习平台能够将虚拟仪器引入到实验教学中，进而直观反映实验原理。基于LabVIEW的微机原理实验辅助学习平台的总体结构如图1所示。教师可以根据这一平台进行讲解，学生可以自主选择平台中的学习内容，通过对知识介绍、应用举例、功能仿真模拟、问题分析等模块的学习，不断加深学生对知识的理解程度，提高学生学习效率。

二、平台设计与实现

微机原理学习中，由于接口部分内容晦涩难懂，实验又会受到场地的影响，因此接口部分一直是学习的难点。本文以可编程计数器、定时器Intel8253及译码器74LS38为例，介绍微机原理实验平台的设计与实现。

1.知识介绍模块

本文设计的辅助学习平台中，知识介绍模块主要介绍了日常应用接口芯片的相关知识。例如对于47LS138译码器的介绍，可以通过图片和字符输出控件，将芯片的引脚、功能等知识以图片的形式展现出来，方便学生理解芯片的内部结构和工作原理。图2为知识介绍模块的前面板。

2.工作方式学习及仿真演示模块

微机原理实验的重点是掌握相关芯片的工作方式，其具有很强的专业性和实践性，进而为以后的实际应用打下坚实基础。防震演示模块能够对并行接口芯片8255、中断控制器8259、定时计数器8253等可编程接口的运行方式进行仿真，学生可以根据需要自主选择学习内容。例如选择8253定时计数器操作界面，该界面能够将8253定时计数器的六种工作方式分别放在六个选项卡中，每个选项卡的下拉列表中包含重写人计数值、门控信号影响、正常计数这三项内容，每项内容都会对应相应的文字说明和图片实例，学生可以根据自己的需求选择工作方式和具体内容，通过设置不同的参数显示该工作方式下各种信号引起的时序变化情况。

以8253工作方式的演示界面为例，其操作前面板中使用了布尔控制、波形显示、数值输入等控件，学习者可以自己设置初值和人计数值，改变GATE门控信号和暂停等操作。

8253工作方式为软件启动，其不会自动重复计数，写入控制字后，OUT输出信号输出高电平，若GATE等于1，则装入计数初值后就开始计数，如果GATE信号不等于1，则重新控制OUT输出，直到GATE等于1为止。计数结束后，将OUT输出一个CLK周期宽的负脉冲。重写计数值及GATE信号变化对OUT输出的影响都可由学习者自行操作观察。

本文研究的辅助学习平台的仿真过程由While循环构成，按退出按钮时While循环结束。内部信号的输出速率由While循环的频率参数控制。输出信号OUT、写信号WE、时钟信号CLK、计数初值、门控信号GATE等变量进入While循环后，GATE信号发生变化和计数结束都会影响OUT输出信号的值，循环体通过多个CASE结构选择重写数值，CLK信号在循环体中由移位寄存器回送并转向产生周期性变化的时钟信号。

三、实验及应用举例

本文以8255并行口實验模拟界面为例，对辅助学习平台的实验过程进行分析。首先，学习者应打开实验说明，充分了解实验内容和原理，然后通过数字输入键输入8255工作方式的控制字，此时下方对应的显示框中就会显示该控制字的工作方式。根据实验要求，写入控制字10010000B，在输入口连接八个开关，输出口连接八个发光极管，选择方式0工作。可在CSO-CS7中任选一个与8255的选片信号CS8255相连，正确设置相应的端口地址，并通过开关实时控制发光二极管的状态。

四、结语

总而言之，基于LabVIEW的微机原理实验辅助学习平台，能够模拟仿真微机原理中的各种接口实验和各种时序关系，将抽象的知识变得直观、明了，学生可以通过学习平台自主学习相关知识。另外，基于LabVIEW开发的学习平台成本低、效率高，模块化设计更具扩展性。同时，基于LabVIEW的微机原理实验辅助学习平台，能够丰富教学方法，提高学生兴趣，帮助学生深入理解知识，提高教学效率。

参考文献：

[1]王咏宁，毛多鹭.基于LabVIEW的微机原理实验辅助学习平台[J].现代电子技术，2015，38（18）：33-35.endprint