基于Proteus的微机原理与接口技术课程教学改革研究

王君瑞

摘 要 微机原理与接口技术课程是普通高等学校电类相关专业一门理论和实践并重的课程。在教学过程中不仅要注重学生理论知识的学习，而且要注意加强学生实践能力的培养和提高。针对该课程传统课堂教学只注重理论教学、实验教学偏重验证性实验的问题，利用Proteus软件对课程的各个相关教学环节进行设计。教学实践情况表明：将Proteus软件引入微机原理与接口技术课程各教学环节，不仅能够进一步激发学生的学习兴趣，而且有利于培养学生综合分析和解决问题的能力。

关键词 微机原理与接口技术；Proteus；实验教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）14-0120-03

Based on Proteus Sensor and Detection Technology Course Tea-ching Reform Research//WANG Junrui

Abstract Microcomputer Principle and Interface Technology Course

is a theoretical and practical course for electricity related majors of

general colleges and universities. In the process of teaching， we should not only should pay attention to the study of students theo-

retical knowledge， but also strengthen the cultivation and improve-ment of students practical ability. In the course of traditional class-room teaching only focuses on theoretical teaching， experimental teaching the verification experiment， using Proteus software of

Microcomputer Principle and Interface Technology Course each

relevant teaching design. Teaching practice shows that the applica-tion of Proteus software in teaching， it can not only further stimulate students interest in learning， but also help to develop students com-prehensive analysis and the ability to solve practical problems.

Key words sensor and detection technology； Proteus； experiment teaching； teaching reform

1 引言

隨着时代及科技进步、经济发展，高等教育所处的内外环境发生巨大变化，社会进步对于人才素质的培养要求日渐多样化，改革传统的教育模式成为时代的呼唤。微机原理与接口技术课程是普通高等学校电类相关专业学生一门理论和实践并重的专业基础课程，为学生后续学习单片机技术、DSP、ARM等课程奠定了必备基础，是学习后续课程的重要前提[1-2]。该课程是一门理论和实践同等重要的专业基础课程，通过课程教学，一方面主要培养学生对微型计算机系统的认知能力，另一方面在认知基础上培养学生进行系统软硬件设计的能力。由于课程涉及微型计算机系统、软硬件设计，包含的内容多，概念抽象，学生不好理解，因此感到学习起来比较困难。

另外，作为专业基础课程，微机原理与接口技术课程一般针对大学二年级学生开设。由于大部分学生是初次接触计算机硬件的知识，从而缺乏感性认识，导致学习过程中更加困难。在传统理论教学中，通过板书和PPT显示硬件电路，结合硬件电路进行讲述[3]。但这种方式下显示的电路是静态的，学生只能通过教师的讲述来理解电路，往往导致学习兴趣不高，教学效率低。课后作业以书面题目为主，使得大学课程学习变为“后高中时代”。

在实践教学中，实验环节通常采用固定实验箱和汇编集成开发环境模式，学生依据实验指导书去连接导线、编写程序，进而观察结果[3]。但这种模式电路结构固定，程序代码模式化，缺乏对学生进行自主学习的训练，难以调动学生的学习积极性。教学实践表明，在课程学习过程中，学生对微机系统中内存编址与扩展，I/O编址、多种工作方式及I/O接口芯片与CPU的连接等内容感觉学习困难[4-5]。

基于微机原理与接口技术课程课堂教学、实验教学中的不足，结合实际教学经验，将仿真软件Proteus引入该课程教学中，课程中不再仅仅是完全理论知识的学习，而是通过“课前布置相关Proteus项目→课堂对项目重点引导→课下指导项目设计→课终由项目设计和考试综合考评”的教学过程，提高学生的学习兴趣和学习积极性。通过项目实施，进一步培养学生的实践动手能力及综合分析解决问题的能力，以弥补传统微机原理与接口技术教学中的诸多不足。

2 Proteus仿真软件的特点及应用

Proteus仿真软件的特点 Proteus是1989年开发的一款工具软件，该软件可设计仿真电子电路和单片机系统，并支持在原理图的虚拟原型上进行编程调试及功能验证。2009年上半年，Proteus软件推出支持8086的平台，该平台可支持微机原理与接口技术课程中的可编程接口芯片，如可编程并行接口芯片8255A、中断控制器8259A、数模转换器DAC0832、可编程计数器/定时器8253、模数转换器ADC0809

等I/O接口芯片。它不仅支持对8086、单片机等微处理器进行仿真，而且支持对相关外围电路进行设计与仿真。

将Proteus引入课程的课堂教学、实验教学 微机原理与接口技术的内容包括微机系统工作原理、汇编语言、微机系统中内存编址与扩展，I/O编址、控制方式及I/O接口芯片与CPU的连接等，其中用到的可编程I/O接口芯片包括8259A、8255A、DAC0832、8253、ADC0809以及可编程串行接口芯片8251A等。这些I/O接口芯片的引脚数目多，存在多种工作方式。学生在学习过程中往往缺乏感性认识，造成理解困难。Proteus软件支持8086CPU及外部可编程I/O接口芯片，支持利用汇编语言、C语言及混合语言进行编程。把Proteus软件引入微机原理与接口技术教学中，可使学生对课程内容兼具理性和感性认识，深化理解课程内容。

另外，Proteus软件可提供虚拟的输入输出器件或设备，如开关、按钮、键盘、发光二极管、数码管及LCD显示等，直观实现信息的输入输出交互。在课堂教学中，如讲述中断控制器8259A时，要求学生重点掌握如何设置8259A的工作方式，如何进行初始化编程及应用程序的设计。

传统的教学方式通常采用PPT结合板书，首先讲述8259A

的工作状态和操作方式；然后给出如何进行初始化命令字的顺序写入，如何设置操作控制字；最后举例，促进学生理解这些设置方法。但通过PPT和板书给出的例子，学生听起来比较抽象、枯燥。这种情况下，借助Proteus软件，可以一边讲述，一边由Proteus软件演示8259A的工作方式如何进行设置，如何初始化编程以及最终实现效果如何，这样使得举例变得生动形象化，从而进一步激发学生学习的兴趣，使学生对于课程内容有更直观、更清晰的认识。

对于实验教学，大部分普通高等学校都采用微机原理实验箱来完成，通常实验教学多数设置验证性实验和演示性实验。学生一般是照着实验指导书，接接线，敲敲程序代码。实验完成后，系统、芯片的工作原理是怎样的，程序为什么要这样编写，学生的认识是很模糊的。将Proteus软件引入实验教学中，教师可以借助Proteus所提供的元器件和外设模型，选择CPU、各种可编程外围I/O接口芯片及外设，选择符合教学、符合实验室条件、符合学生水平的课题，进行原创实验设计，以提高学生的学习兴趣和积极性。

利用Proteus设计改进课程的考核方式 传统的微机原理与接口技术科目考试通常是通过期末考试来考查，由试卷成绩来决定学生是否通过该课程的学习。某些学生为应对考试，不是把精力放在课程内容的理解上，而是仅仅凭借考前突击记忆背诵就可以取得高分。另外，采用一卷考核，考核内容不可能包括微机原理与接口技术教学中的全部内容，这必然会造成考核结果存在偶然性，不能有效、真实地考核学生平时学习过程中对相关知识和技能的掌握程度。因此，利用Proteus仿真改进微机原理与接口技术课程的考核方式，采用“试卷成绩+Proteus仿真设计+实验成绩”累加式考核方式，真正有效地加强学生综合分析和解决问题能力的培养。

3 Proteus仿真在教学的实践举例

下面以基于Proteus软件的8086CPU和中断控制器8259A

的接口扩展电路仿真为例，具体阐述在微机原理与接口技术课程教学中应用Proteus软件的方法。

课题：按键触发中断，控制基本I/O驱动LED循环点亮 在微机原理与接口技术课程中讲述可编程中断控制器8259A内容时，需要学生重点掌握8259A的工作方式设置、初始化编程及应用程序的设计。8259A编程包含两个部分：

第一部分为初始化编程，在中断系统进入正常运行之前，通过设置初始化命令字来预置工作方式；

第二部分为工作方式编程，通过对8259A写操作命令字来实现8259A运行中的操作控制。

当按照一定的顺序对8259A写入初始化命令字后，为了在系统运行中能够对8259A管理中断的方式进行修改和設定，可写入操作控制字。使用Proteus软件，演示8259A的工作方式如何进行设置，如何初始化编程，形象演示实际效果。本课题设置中断控制器8259A的IR0为60H中断，通过按键触发中断，利用基本I/O驱动LED灯亮灭。

实验方法 为了达到上述要求，可设计某PC系列微机系统使用8259A作为接口，在Proteus软件中绘制该中断应用的硬件原理图，需要的元件包括8086CPU、可编程中断控制器8259A、三态输出的地址锁存器74LS373、八D型触发器74273、按钮、LED发光管。图1为该中断应用的硬件原理图，其中触发器74273的输出完成8259A和基本I/O电路的芯片寻址和端口操作。

程序设计 Proteus软件本身并没有提供8086编译器，其通过添加外部代码编译器，本课题利用EMU8086软件进行程序的编写和编译。首先新建工程，加入编写好的源代码；其次编译并生成可执行的COM或EXE格式的程序文件。程序流程如图2所示。

利用编译软件建立工程，编写源程序，编译生成COM或

EXE文件后，在Proteus软件原理图界面双击8086CPU，把生成的COM或EXE文件路径添加到8086CPU。点击仿真运行按钮，可观察到相应的LED灯的亮灭状态，确定是否符合设计要求。

4 结语

将Proteus软件引入微机原理与接口技术课程的教学各环节，可以有效地弥补传统微机原理与接口技术课堂教学、实验教学的诸多不足。采用Proteus软件，在一定程度上摆脱了微机原理实验中依赖传统硬件条件的局限性。学生可以利用该软件练习或设计微机系统的接口实验，从硬件电路选型设计、程序代码编写到仿真结果观察，既激发了学生的学习兴趣，又增强了学生综合分析解决问题的能力。今后还需继续探索，不断优化和更新教学内容，进行教学改革，增强教学效果。

参考文献

[1]刘民岷.《微机原理及接口技术》课程教学及实验改革实践[J].实验科学与技术，2013，11（1）：64-66.

[2]钟国辉.以设计性实验为牵引的微机原理课程教学[J].高等工程教育研究，2013（3）：154-158.

[3]王志军，杨延军，王道宪.微机原理实验课程内容的层次化设计[J].实验室研究与探索，2012，31（1）：105-107.

[4]高林.单片机原理与微机原理综合仿真系统的设计及应用[J].实验技术与管理，2014，31（3）：91-94.

[5]周宁宁，王伟，成卫青.微机原理与接口技术课程教学模式研究[J].实验科学与技术，2011，9（4）：117-119.