Proteus8.0在“微机原理与接口技术”课程教学中的应用

周昌海　林其斌

摘 要：“微机原理与接口技术”是电子、电信、自动化等专业的一门实践性较强的专业选修课程。文章主要从实际出发，探讨Proteus8.0仿真软件在“微机原理与接口技术”课程教学中的改革，弥补传统的板书和PPT教学方式的不足，通过实际的项目案例，结合该仿真软件极大地激发学生的学习兴趣，旨在培养一批具有软件和硬件综合设计能力的学生，并为后续相关课程的教学奠定一个良好的基础。

关键词：“微机原理与接口技术”;Proteus8.0;课程教学;综合设计

针对应用型本科院校，“微机原理与接口技术”是电子、电信、自动化等专业的一门实践性较强的专业选修课程。它不仅为从事电子产品设计的企业培养了具有硬件和软件设计能力的人才，同时也锻炼出学生所具有的各种创新和团队合作能力。该课程主要涉及微机工作原理及接口芯片设计和编程应用，前面章节主要是汇编程序的编写部分，大部分学生只是接触过C语言，对汇编程序没有任何基础。后面章节主要涉及各种接口芯片，学生必须搞清楚它们的引脚及工作原理或者概念，需要记忆的东西很多。大多数高校学生在学习本课程时都感到理论知识缺乏，教师在课堂一味地灌输理论知识，使得大部分学生对本课程失去了兴趣。为了提高教学质量，使学生能够真正地理解和掌握与微机接口的相关知识，本文主要采用Proteus8.0软件仿真教学进行动漫演示，让学生直观地感受到整個硬件电路设计和程序编写思想过程，这种教学方式和方法结合Proteus仿真软件以项目案例教学方式培养学生的学习兴趣，是应用型本科院校人才培养目标的必然要求。

一、Proteus产品的概述

Proteus仿真技术是由英国Labcenter公司开发的一款性能较全面的软件设计平台[1]。该平台元器件数目种类繁多，无须硬件实物的搭建，能够快捷、方便有效地根据设计者的思想设计出电路仿真图，设计者可以通过使用输入输出设备，如开关、LED、数码管、键盘实现人机信息交互[2][3]。在电路设计的同时能够实现编译调试，最短时间内可以根据设计者的要求把系统设计效果和实现的功能直观地展示出来，更好地帮助学生学习和理解微机系统设计的整个过程。除此之外，Proteus软件平台还配备了虚拟示波器、信号发生器、数字信号图像发生器、时钟计数器、逻辑分析仪以及简单的电压表、电流表。利用这些虚拟仪表可以实时地观察到整个电路的仿真和调试结果[4]。

总之，Proteus8.0是一款可视化仿真界面，具有编程、创建、调试等一体化功能，设计者能够根据自己的思路迅速地实现实验效果，它是一个全方位的实验仿真平台。学生能够根据自己的软件代码和硬件电路设计仿真动态地观察每一步所产生的效果，相当于一个模拟的实验室平台。

二、教学现状和趋势

目前，大多数高等院校针对本课程的教学都以理论课为主，教学手段以板书和PPT相结合的方法授课，由于本书涉及的8086CPU和接口芯片概念性东西很多，加上理论知识的抽象性，大多数学生理解起来特别困难，所以学生普遍感到内容乏味，对微型计算机的基本组成、工作模式和8255、8259以及8255定时器内部结构和编程应用掌握不够扎实[5]。根据教学经验和分析存在如下问题。

（1）理论教学中教师主要采用板书和PPT的方式讲解，这种教学方法只能适合一部分学生，理论知识的过分强调，使得学生无法掌握其中的重点和精髓，忽略了实践环节，缺少生动的动漫演示，学生不能够真实地感受到程序运行每一步的实验现象，最终没有真正理解接口芯片的内部结构和编程应用。这也是导致学生对这门课失去兴趣的主要原因。

（2）在实验教学中，实验仪器大部分比较陈旧，有些芯片学生操作不当，很容易损坏，导致实验硬件部分很难实现。一些综合性、设计性实验无法进行。另外，硬件设施成本代价较高，实验箱固定的电路，固定的器件限定了实验项目的种类，大部分学生照搬照抄，相互模仿，只能做一些实验箱上已开发的实验项目，学生无法根据自己所学知识创新实验项目，锻炼自己硬件设计和软件编程能力，无法提高自己的创新能力。

Proteus8.0仿真软件具有强大的可视化界面，内部具有丰富的元器件库，能够模拟仿真8086CPU相关可编程接口芯片，通过软件编程实现硬件系统环境的虚拟调试，让学生更加直观地观察到实验的现象和动漫效果，提高学生的学习兴趣和动力。

三、Proteus8.0在教学中的改革和应用

传统的理论教学，大部分教师对待本课程目前还是以理论教学为主，过分强调理论知识，尤其涉及微机硬件系统设计和汇编程序语言的应用，讲解内容过多，偏向于空口白话，知识点抽象，大部分学生不能够抓住重点，部分教师教学方法过于单一，“满堂灌”的思想使得课堂的气氛沉闷，久而久之，学生失去对本课程的学习兴趣。实验教学中大部分学生只是按照教师的示范照搬照抄实验步骤完成实验项目，并不能理解和掌握整个硬件设计的每一个环节，针对该课程的教学现状，阐述Proteus8.0在“微机原理与接口技术”课程教学中的改革与应用。

1.Proteus8.0仿真教学实例

Proteus8.0仿真软件内部包含程序流程图设计、汇编程序编写界面以及电路原理图设计等界面，教师可以通过多媒体融入Proteus8.0仿真教学，把原来抽象难懂的微机知识概念转化为生动、直观的动漫演示。在仿真实例设计的过程中帮助学生学习每一个模块的理论知识。

从图1、图2可以看出8259A中断控制器是通过按键接入IR0产生一个中断请求信号，通过INTR接受8259A发送的中断请求信号，如果CPU响应该中断请求会发出中断响应信号给8259A并且接受CPU通过此引脚发送的中断类型码。CPU响应此请求发送中断类型码给8259A的D0～D7，CPU跳到中断服务程序的入口地址处执行中断服务。中断服务程序的功能即使得8086CPU的低8位数据0x01向左循环移位一次。

运用Proteus仿真能够看到模拟的LED灯依次循环点亮。通过仿真硬件连接帮助学生学习中断的概念及其8259A中断控制器工作原理，同时结合硬件运用所学习的汇编程序对设计的系统进行控制，课堂上通过修改相关的程序实现不同的动漫效果。Proteus8.0的可视化界面能够全面地展示整个系统的硬件和软件设计过程，大部分学生能够在这样的仿真实例中学习抽象、难懂的8259A中断控制器可编程接口芯片的工作过程，极大地激发了学生的学习兴趣。

2.Proteus8.0替代传统的实验教学模式

大部分高校微机原理课程采用试验箱进行实验教学，已经搭建好的试验箱平台不能体现学生的能力，只是需要几根线就可以实现硬件设计，让大部分学生不能深刻地理解芯片的结构和原理，只是照搬照抄，Proteus8.0仿真软件抛开整个试验箱的框架结构，学生通过元件库搜索与实验项目相关的电子元器件，进行合理的硬件设计，学习者可以在修改成程序的同时动态地观察到仿真效果，不断地帮助学生巩固和学习课堂的理论教学知识。

此外，运用Proteus8.0仿真软件进行实验教学更加方便，学生可以在课后利用充足的时间用自己的电脑设计微机实验课程的实验项目或者课题，针对本次实验项目，学生可以利用课后充足的时间不断地扩展和创新，这样比采用PPT的方式和过旧的实验箱更体现出优越性，有助于提高学生的创新能力和工程应用实践能力。

四、结语

理论与实践教学是电子信息工程、电子科学与技术、自动化以及计算机专业的核心课程，是应用型本科院校人才培养方案的必然要求。基于Proteus仿真教学软件有利于微机原理与接口技术理论教学应用。内部丰富的模拟器件有利于教师讲解、演示并且动态地观察到各模块实现的效果与仿真，便于学生理解和学习相关可编程接口芯片抽象概念的讲解。在进行实验课的时候，学生能够根据自己的想法和设计理念任意地设计电路，彻底代替实验箱固定的电路，这样不但提高了学生的动手能力，同时也為培养具有创新思想的人才奠定了基础。Proteus8.0应用于微机接口技术的教学是高等院校教学改革的必然要求，它极大地促进了教学模式由课堂“填鸭式”教学转变为项目实践教学，Proteus仿真软件平台应用于微机原理接口技术这门课，能够充分地提升教学质量，锻炼学生的实践性、创新性和团队性。其改革任务还在不断完善中，希望能够在后续教学中得到广泛的应用和扩展。

参考文献：

[1]朱敏玲，张伟，侯凌燕.基于Proteus的微机原理与接口技术教学改革[J].实验室研究与探索，2016（1）：155-160.

[2]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（24）.

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

[4]陈越，顾晖，梁惺彦.Proteus虚拟仿真在微机原理教学中的应用[J].电子技术应用，2012（1）：106-108.

[5]陈红卫，袁伟.虚拟仿真在课堂教学中的应用——以微机原理与接口技术课堂教学为例[J].长春教育学院学报，2014（7）：3-5.

作者简介：周昌海（1988-），男，安徽滁州人，讲师，硕士，主要从事光电智能信息处理研究。