基于Protues仿真的《微机原理与接口技术》实验教学改革必要性研究

　　中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）07-0104-03

　　The Study on the Experimental Teaching Reform Necessity of "Microcomputer Principles and Interface Technology" Based on Proteus Simulation

　　DONG Xian-fen

　　（Department of Information Engineering， Shandong Yingcai University， Jinan 250104， China）

　　Abstract： This paper introduces the study on the experimental teaching reform necessity of this course， microcomputer principles and interface technology by Protues simulation software. This research aims to replace the experiment made by experimental box with Protues simulation one to improve experiment teaching efficiency. Protues simulation experiment teaching method has been applied in my teaching practice， and its effectiveness has been verified.

　　Key words： Proteus； simulation； experiment； reform

　　1 改革的意义和必要性

　　《微机原理与接口技术》课程是我院计算机科学与技术、电子信息工程等专业本专科的一门专业基础课，本课程要求学生能够掌握微机硬件的组成、原理及应用，并且能够应用80x86指令系统进行汇编语言源程序的设计，掌握各种常用接口芯片的原理及其在接口技术中的具体应用，培养学生的软硬件设计与应用能力，提高学生的实践动手和创新能力。

　　《微机原理与接口技术》课程中涉及的概念较抽象，涵盖的知识点也较多，需要实践操作的项目也很多，是一门理实相结合、软硬相结合的课程。因此，在教学过程中除要重视理论教学外，还必须辅以高质量的实践教学。良好的实验教学环节不仅可以增强学生学习的兴趣，进而还可以加强学生对微机内部结构、汇编语言等知识的理解，还帮助学生对计算机内部工作原理和常用接口芯片的工作过程有了更清晰地认识[1]。实验教学环节对提高学生的综合实践能力方面起着举足轻重的作用。本文主要介绍利用Protues 仿真软件实现微机接口实验教学改革的研究与实践。

　　目前，多数接口电路实验主要是通过实验箱完成，我院使用的是EL型微机教学实验箱。实验过程主要包括汇编语言程序设计和接口电路设计两部分。主要的实验有： 简单的I/O口扩展实验、存储器读写实验、8255A并行接口实验、8251A串行接口实验、8253A定时/计数器接口实验、LCD显示实验、A/D和D/A转换实验等。

　　EL型微机教学实验系统结构如图1所示：

　　采用实验箱完成实验存在着一定的局限性：

　　1）实验设备局限性。实验箱价格较高，一经购买几年之内很难再更换，不能紧跟专业的发展；相比较实验箱而言，电脑的数量也更充裕，安排上课时间和地点更灵活；实验箱的器件也容易损坏，维护较困难，且必须有专门的人员对实验室进行维护管理。

　　2）实验场所局限性。实验箱需放在固定的实验室，学生只能在上课时间或实验室开放时间去做实验，假期或学生外出实习期间不方便开展实验。

　　3）实验创新局限性。实验箱的线路和芯片多数已固化，通过实验箱开设的实验多为验证性实验，学生只需按照实验指导书既定的实验步骤完成实验，基本上没有自己设计创造的部分，缺乏对学生创新能力的培养。

　　Protues仿真软件处理器模型支持80C51单片机、8086微处理器、MSP430超低功耗混合信号处理器、ARM处理器等一系列常用的单片机或微处理器，Protues也可用于模拟与数字电路教学实验，单片机教学实验【2】。另外，在学生的课程设计和毕业设计中应用也非常广泛。采用Protues开展实验，建立Protues仿真软件实验教学平台是突破《微机原理与接口技术》实验教学现状中诸多限制的一种可行的教学改革方法。另外，还可借助网上实验教学功能使该实验平台具有更高的推广使用价值，发挥出最大的教学效益。基于Protues仿真软件进行实验，仅需一台安装了Protues软件的电脑，这方便了学生在宿舍、教室、机房等地不受时间和空间的限制开展实验、课程设计、毕业设计和电子设计竞赛等环节。而且，通过Protues仿真软件，可以开设的实验数量多、内容广，实验过程由简单到复杂，即从较简单的验证性实验到较复杂的设计性和综合性实验。目前使用实验箱进行的实验都能利用Protues仿真软件开展，而反之则不行。

　　总之，基于Protues仿真的《微机原理与接口技术》实验教学为本课程的实践教学提供了教改思路，不仅有助于提高教学质量，改善实践教学效果，而且有助于改善学生的学习主动性和提高学生对本课程学习的积极性和趣味性。熟练掌握Protues仿真软件的使用，对学生综合设计能力和创新能力的提高有很大帮助。 　　2 改革研究的内容、目标和拟解决的关键问题

　　2.1 研究内容

　　1）《微机原理与接口技术》实验室现状分析；最大地发挥Protues仿真软件应用功能研究；（利用Protues仿真软件进行《微机原理与接口技术》设计性、综合性仿真电路编制策略研究；

　　2）修正仿真电路设计和实施教学过程中存在问题的策略研究；

　　3）研究如何将本方法推广到电子、单片机等相关课程中去。

　　2.2 研究目标

　　本项目的主要研究目标是将验证性实验转化成设计性、综合性实验。研究利用Protues 仿真技术进行《微机原理与接口技术》实验教学的教改新方法，建立适合我院本专科学生的《微机原理与接口技术》课程所开设实验的全部仿真电路和内部使用的实验指导书，克服实验箱既看不到芯片也看不到内部电路的缺点，发挥仿真实验由电路编制者自己选择芯片，自己设计电路，自己规划地址的灵活功能。

　　2.3 拟解决的关键问题

　　1）提高学生设计电路的能力。通过利用Protues仿真软件，提高学生学习的主动性和积极性，培养学生的综合设计和创新能力。

　　2）克服学生用实验箱完成实验受时间和地点限制的问题。利用Protues仿真软件进行实验，学生可以不受时空限制开展实验。

　　3）解决尚无适合我校本专科学生《微机原理与接口技术》实验课教学仿真实验指导书的问题。

　　3 改革的特色、创新点及推广价值

　　3.1 改革的特色

　　通过本改革，将验证性实验转化成了设计性和综合性实验。

　　3.2 改革的创新点

　　克服传统实验箱既看不到芯片也看不到内部电路的缺点，发挥仿真实验由电路设计者自己选择芯片，自己设计电路、自己规划地址的灵活功能。

　　3.3 推广价值

　　基于Protues仿真软件进行《微机原理与接口技术》实验，方便经济。通过不断完善和搜集资料，可以开展的实验很丰富，实验内容由简到繁、由浅人深、循序渐进，既可以进行验证性实验，也可以进行设计性实验和综合性实验。

　　目前，虽然利用Protues仿真软件进行实验教学已在我院计算机科学与技术、电子信息工程本专科微机接口课程实验教学中良好运行，但能非常熟练使用这个软件的教师人数还有待增加，通过本研究的开展，希望让更多的教师重视仿真软件在教学中的应用，进一步提高自身的教学和科研能力。

　　4 小结

　　本方法中的每个仿真实验都需要用到本课程任课教师提前设计好的主板电路和译码电路【3】，学生在此基础之上再设计出每个实验的其他电路部分，并针对电路设计程序。

　　下面以一个8259中断实验为例，只要在实验系统板上添加如图2所示电路，并针对该电路设计如图3所示程序代码，即可完成8259中断实验。

　　利用Protues仿真软件进行《微机原理与接口技术》仿真实验教学在我院本课程实验教学中已运行三年以上，主要开设的实验有：8位端口读写、16位端口读写、8位流水灯、16位流水灯、24位流水灯、8255方式0读/写、8255方式1读/方式0写、8255方式0读/方式1写、8253方式1―3波形观察、NMI中断8位端口读写、8259中断等实验。运行效果良好，受到学生欢迎，提升了学生的学习兴趣。

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