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摘 要：“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是電子、電信、自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)選修課程。文章主要從實(shí)際出發(fā)，探討Proteus8.0仿真軟件在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中的改革，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的板書(shū)和PPT教學(xué)方式的不足，通過(guò)實(shí)際的項(xiàng)目案例，結(jié)合該仿真軟件極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，旨在培養(yǎng)一批具有軟件和硬件綜合設(shè)計(jì)能力的學(xué)生，并為后續(xù)相關(guān)課程的教學(xué)奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：“微機(jī)原理與接口技術(shù)”;Proteus8.0;課程教學(xué);綜合設(shè)計(jì)

針對(duì)應(yīng)用型本科院校，“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是電子、電信、自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)選修課程。它不僅為從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的企業(yè)培養(yǎng)了具有硬件和軟件設(shè)計(jì)能力的人才，同時(shí)也鍛煉出學(xué)生所具有的各種創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作能力。該課程主要涉及微機(jī)工作原理及接口芯片設(shè)計(jì)和編程應(yīng)用，前面章節(jié)主要是匯編程序的編寫(xiě)部分，大部分學(xué)生只是接觸過(guò)C語(yǔ)言，對(duì)匯編程序沒(méi)有任何基礎(chǔ)。后面章節(jié)主要涉及各種接口芯片，學(xué)生必須搞清楚它們的引腳及工作原理或者概念，需要記憶的東西很多。大多數(shù)高校學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)都感到理論知識(shí)缺乏，教師在課堂一味地灌輸理論知識(shí)，使得大部分學(xué)生對(duì)本課程失去了興趣。為了提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能夠真正地理解和掌握與微機(jī)接口的相關(guān)知識(shí)，本文主要采用Proteus8.0軟件仿真教學(xué)進(jìn)行動(dòng)漫演示，讓學(xué)生直觀地感受到整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě)思想過(guò)程，這種教學(xué)方式和方法結(jié)合Proteus仿真軟件以項(xiàng)目案例教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的必然要求。

一、Proteus產(chǎn)品的概述

Proteus仿真技術(shù)是由英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的一款性能較全面的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)[1]。該平臺(tái)元器件數(shù)目種類(lèi)繁多，無(wú)須硬件實(shí)物的搭建，能夠快捷、方便有效地根據(jù)設(shè)計(jì)者的思想設(shè)計(jì)出電路仿真圖，設(shè)計(jì)者可以通過(guò)使用輸入輸出設(shè)備，如開(kāi)關(guān)、LED、數(shù)碼管、鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互[2][3]。在電路設(shè)計(jì)的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)編譯調(diào)試，最短時(shí)間內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的要求把系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果和實(shí)現(xiàn)的功能直觀地展示出來(lái)，更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。除此之外，Proteus軟件平臺(tái)還配備了虛擬示波器、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字信號(hào)圖像發(fā)生器、時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、邏輯分析儀以及簡(jiǎn)單的電壓表、電流表。利用這些虛擬儀表可以實(shí)時(shí)地觀察到整個(gè)電路的仿真和調(diào)試結(jié)果[4]。

總之，Proteus8.0是一款可視化仿真界面，具有編程、創(chuàng)建、調(diào)試等一體化功能，設(shè)計(jì)者能夠根據(jù)自己的思路迅速地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果，它是一個(gè)全方位的實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。學(xué)生能夠根據(jù)自己的軟件代碼和硬件電路設(shè)計(jì)仿真動(dòng)態(tài)地觀察每一步所產(chǎn)生的效果，相當(dāng)于一個(gè)模擬的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。

二、教學(xué)現(xiàn)狀和趨勢(shì)

目前，大多數(shù)高等院校針對(duì)本課程的教學(xué)都以理論課為主，教學(xué)手段以板書(shū)和PPT相結(jié)合的方法授課，由于本書(shū)涉及的8086CPU和接口芯片概念性東西很多，加上理論知識(shí)的抽象性，大多數(shù)學(xué)生理解起來(lái)特別困難，所以學(xué)生普遍感到內(nèi)容乏味，對(duì)微型計(jì)算機(jī)的基本組成、工作模式和8255、8259以及8255定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程應(yīng)用掌握不夠扎實(shí)[5]。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和分析存在如下問(wèn)題。

（1）理論教學(xué)中教師主要采用板書(shū)和PPT的方式講解，這種教學(xué)方法只能適合一部分學(xué)生，理論知識(shí)的過(guò)分強(qiáng)調(diào)，使得學(xué)生無(wú)法掌握其中的重點(diǎn)和精髓，忽略了實(shí)踐環(huán)節(jié)，缺少生動(dòng)的動(dòng)漫演示，學(xué)生不能夠真實(shí)地感受到程序運(yùn)行每一步的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終沒(méi)有真正理解接口芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程應(yīng)用。這也是導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這門(mén)課失去興趣的主要原因。

（2）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)儀器大部分比較陳舊，有些芯片學(xué)生操作不當(dāng)，很容易損壞，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)硬件部分很難實(shí)現(xiàn)。一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。另外，硬件設(shè)施成本代價(jià)較高，實(shí)驗(yàn)箱固定的電路，固定的器件限定了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的種類(lèi)，大部分學(xué)生照搬照抄，相互模仿，只能做一些實(shí)驗(yàn)箱上已開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生無(wú)法根據(jù)自己所學(xué)知識(shí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鍛煉自己硬件設(shè)計(jì)和軟件編程能力，無(wú)法提高自己的創(chuàng)新能力。

Proteus8.0仿真軟件具有強(qiáng)大的可視化界面，內(nèi)部具有豐富的元器件庫(kù)，能夠模擬仿真8086CPU相關(guān)可編程接口芯片，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)環(huán)境的虛擬調(diào)試，讓學(xué)生更加直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和動(dòng)漫效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

三、Proteus8.0在教學(xué)中的改革和應(yīng)用

傳統(tǒng)的理論教學(xué)，大部分教師對(duì)待本課程目前還是以理論教學(xué)為主，過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)，尤其涉及微機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和匯編程序語(yǔ)言的應(yīng)用，講解內(nèi)容過(guò)多，偏向于空口白話(huà)，知識(shí)點(diǎn)抽象，大部分學(xué)生不能夠抓住重點(diǎn)，部分教師教學(xué)方法過(guò)于單一，“滿(mǎn)堂灌”的思想使得課堂的氣氛沉悶，久而久之，學(xué)生失去對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大部分學(xué)生只是按照教師的示范照搬照抄實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并不能理解和掌握整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，闡述Proteus8.0在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中的改革與應(yīng)用。

1.Proteus8.0仿真教學(xué)實(shí)例

Proteus8.0仿真軟件內(nèi)部包含程序流程圖設(shè)計(jì)、匯編程序編寫(xiě)界面以及電路原理圖設(shè)計(jì)等界面，教師可以通過(guò)多媒體融入Proteus8.0仿真教學(xué)，把原來(lái)抽象難懂的微機(jī)知識(shí)概念轉(zhuǎn)化為生動(dòng)、直觀的動(dòng)漫演示。在仿真實(shí)例設(shè)計(jì)的過(guò)程中幫助學(xué)生學(xué)習(xí)每一個(gè)模塊的理論知識(shí)。

從圖1、圖2可以看出8259A中斷控制器是通過(guò)按鍵接入IR0產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，通過(guò)INTR接受8259A發(fā)送的中斷請(qǐng)求信號(hào)，如果CPU響應(yīng)該中斷請(qǐng)求會(huì)發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)給8259A并且接受CPU通過(guò)此引腳發(fā)送的中斷類(lèi)型碼。CPU響應(yīng)此請(qǐng)求發(fā)送中斷類(lèi)型碼給8259A的D0～D7，CPU跳到中斷服務(wù)程序的入口地址處執(zhí)行中斷服務(wù)。中斷服務(wù)程序的功能即使得8086CPU的低8位數(shù)據(jù)0x01向左循環(huán)移位一次。

運(yùn)用Proteus仿真能夠看到模擬的LED燈依次循環(huán)點(diǎn)亮。通過(guò)仿真硬件連接幫助學(xué)生學(xué)習(xí)中斷的概念及其8259A中斷控制器工作原理，同時(shí)結(jié)合硬件運(yùn)用所學(xué)習(xí)的匯編程序?qū)υO(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行控制，課堂上通過(guò)修改相關(guān)的程序?qū)崿F(xiàn)不同的動(dòng)漫效果。Proteus8.0的可視化界面能夠全面地展示整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，大部分學(xué)生能夠在這樣的仿真實(shí)例中學(xué)習(xí)抽象、難懂的8259A中斷控制器可編程接口芯片的工作過(guò)程，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.Proteus8.0替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

大部分高校微機(jī)原理課程采用試驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，已經(jīng)搭建好的試驗(yàn)箱平臺(tái)不能體現(xiàn)學(xué)生的能力，只是需要幾根線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)，讓大部分學(xué)生不能深刻地理解芯片的結(jié)構(gòu)和原理，只是照搬照抄，Proteus8.0仿真軟件拋開(kāi)整個(gè)試驗(yàn)箱的框架結(jié)構(gòu)，學(xué)生通過(guò)元件庫(kù)搜索與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的電子元器件，進(jìn)行合理的硬件設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)者可以在修改成程序的同時(shí)動(dòng)態(tài)地觀察到仿真效果，不斷地幫助學(xué)生鞏固和學(xué)習(xí)課堂的理論教學(xué)知識(shí)。

此外，運(yùn)用Proteus8.0仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加方便，學(xué)生可以在課后利用充足的時(shí)間用自己的電腦設(shè)計(jì)微機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者課題，針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以利用課后充足的時(shí)間不斷地?cái)U(kuò)展和創(chuàng)新，這樣比采用PPT的方式和過(guò)舊的實(shí)驗(yàn)箱更體現(xiàn)出優(yōu)越性，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用實(shí)踐能力。

四、結(jié)語(yǔ)

理論與實(shí)踐教學(xué)是電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化以及計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的核心課程，是應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)方案的必然要求?；赑roteus仿真教學(xué)軟件有利于微機(jī)原理與接口技術(shù)理論教學(xué)應(yīng)用。內(nèi)部豐富的模擬器件有利于教師講解、演示并且動(dòng)態(tài)地觀察到各模塊實(shí)現(xiàn)的效果與仿真，便于學(xué)生理解和學(xué)習(xí)相關(guān)可編程接口芯片抽象概念的講解。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候，學(xué)生能夠根據(jù)自己的想法和設(shè)計(jì)理念任意地設(shè)計(jì)電路，徹底代替實(shí)驗(yàn)箱固定的電路，這樣不但提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)也為培養(yǎng)具有創(chuàng)新思想的人才奠定了基礎(chǔ)。Proteus8.0應(yīng)用于微機(jī)接口技術(shù)的教學(xué)是高等院校教學(xué)改革的必然要求，它極大地促進(jìn)了教學(xué)模式由課堂“填鴨式”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)轫?xiàng)目實(shí)踐教學(xué)，Proteus仿真軟件平臺(tái)應(yīng)用于微機(jī)原理接口技術(shù)這門(mén)課，能夠充分地提升教學(xué)質(zhì)量，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐性、創(chuàng)新性和團(tuán)隊(duì)性。其改革任務(wù)還在不斷完善中，希望能夠在后續(xù)教學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用和擴(kuò)展。

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作者簡(jiǎn)介：周昌海（1988-），男，安徽滁州人，講師，碩士，主要從事光電智能信息處理研究。