仿真軟件在微機原理及應用課程教學中的應用

【摘 要】針對傳統微機原理課程教學中存在的問題，提出了將仿真軟件Proteus和EMU8086應用到微機原理及應用課程的理論教學和實驗教學中，通過應用實踐證明，利用仿真軟件能有效地提高課堂教學質量和效率，培養學生的學習能力、實踐能力和創新能力。

【關鍵詞】仿真軟件 虛擬實驗 實驗平臺

一、引言

“微機原理及應用”是電氣類、電子信息類、機電類等非計算機專業的一門重要的專業基礎課，該課程涵蓋了微型計算機原理、匯編語言、接口技術三個方面的內容，課程本身具有內容繁雜、概念抽象、匯編指令系統多且難記憶、軟件和硬件混雜在一起的特點，在傳統的理論教學中，教師注重講解微機系統中的基本概念、基本原理和基本方法，學生普遍感到內容抽象難懂、學習枯燥，失去學習興趣，在實驗教學中，大多數學校選用實驗箱為實驗平臺，由于受到硬件資源的限制，開設的實驗多為驗證性實驗，學生學習積極性不強，實驗效果不好[1]，不能有效培養學生的動手能力和創新能力。目前，教師已逐漸將仿真軟件引入到微機原理的課程教學中，使教學過程變得生動、直觀，激發學生的學習興趣，加深對知識點的理解，提高教學效果。

二、仿真軟件簡介

在微機原理課程教學中常用的仿真軟件有以下兩種：

1. Proteus 軟件

Proteus 軟件是英國 Labcenter Electronics 公司開發的EDA工具軟件，是目前唯一能夠對各種處理器及接口電路進行實時仿真、調試的仿真軟件。Proteus軟件中有30多個元器件庫，可提供超過27000個仿真元器件，元件庫中的元器件可直接用于模擬電路、數字電路及微處理器控制電路的搭建，Proteus還提供了示波器、信號發生器、邏輯分析儀、電壓表等仿真儀器儀表，并且這些虛擬儀器儀表接近實際儀表的效果。Proteus仿真結果用色點顯示芯片引腳的數字電平，導線亦用不同顏色表示其對地電壓大小，使仿真更加直觀生動。

2009年Labcenter公司推出了Poteus7.5 SP3軟件，支持8086微處理器與8255A、8253、8259、8251等接口芯片的系統仿真，從而使得Poteus軟件在微機原理教學中得到廣泛應用。

2. EMU8086軟件

EMU8086 是一種集編輯器、組譯器、反組譯器、除錯功能的軟件模擬工具。該軟件包含了匯編語言的全部內容，能夠編譯源代碼，并在模擬器上一步一步的執行，在執行程序的同時還可觀察CPU寄存器，標志位、內存單元及算術和邏輯運算單元（ALU）的工作狀況。EMU8086軟件界面友好，操作簡單，對于剛開始學習匯編語言的學生非常有幫助。

三、仿真軟件在教學中的應用

1. 在理論教學中的應用

在微機原理的理論教學過程當中，應用仿真軟件在課堂上邊講解理論知識，邊進行實例演示，把抽象的理論知識變得更為直觀，應用仿真軟件展示各芯片的硬件連線和軟件控制方法，將理論教學與實踐操作相結合，給學生感性的認知，激發學習興趣。如，在學習匯編語言程序設計時，利用EMU8086軟件在課堂上講解程序編制調試的過程，通過觀察程序執行結果，幫助學生理解和掌握匯編指令；又如在學習接口技術時，利用Proteus仿真軟件在課堂上搭建接口芯片的應用電路，動態仿真芯片的工作過程，加強學生的感性認識，增強講課的生動性，提高學生對知識點的理解和掌握。

2. 在實驗教學中的應用

微機原理實踐教學是微機原理教學的重要環節，應用仿真軟件建立微機原理的仿真實驗平臺，方便學生進行微機原理的虛擬實驗，仿真實驗平臺具有操作簡單、功能強和開放性較好的特點，在安裝了仿真軟件的電腦上，學生可以隨時地在仿真實驗平臺上搭建實驗電路，編制程序、仿真運行和觀察實驗結果。在仿真實驗平臺上可以進行的實驗有以下三類：

1）匯編語言程序設計實驗

利用EMU8086軟件進行匯編語言程序設計實驗，使學生掌握8086匯編指令、8086匯編語言中的偽指令、匯編語言程序設計的方法和程序調試的方法。

2）接口芯片實驗

微機接口技術部分涉及的可編程接口芯片有很多，如定時計數芯片8253、并行接口芯片8255A、串行接口芯片8251等，在接口芯片的實驗中既要進行接口芯片的硬件電路設計，也要通過匯編語言編寫相應的控制程序，因此，利用Proteus仿真軟件進行接口應用的電路設計，完成芯片元器件間的連接，利用EMU8086軟件編寫對應的控制程序，將編譯調試好的控制程序裝載到微處理器中，最后在Proteus中進行仿真運行，觀察運行結果。

3）創新性實驗

在完成基本軟件設計實驗和基本的接口芯片實驗后，學生已具備了基本的微機系統的軟硬件開發能力，可以選擇一些綜合性、趣味性及實用性的設計課題，如交通燈控制器設計、電子時鐘設計、步進電機的控制等，讓學生根據要求，利用仿真軟件自行完成系統的硬件和軟件設計，培養學生靈活運用所學知識解決生活實際問題的能力。

四、結論

將仿真軟件Proteus和EMU8086引入到“微機原理及應用”課程的教學中，一方面增強了教師授課的生動性，使學生在學習過程中對抽象的知識有了感性認識，加深了學習印象，提高了課程的教學效率；另一方面彌補了傳統實驗教學的不足，學生可在仿真實驗平臺上自己設計實驗電路、編寫實驗程序和仿真調試電路，能充分調動學生的學習積極性，有助于培養學生的綜合分析能力和動手能力。因此，將仿真軟件引入到“微機原理及應用”課程的教學中是提高課程教學質量的有效途徑，對培養學生學習能力、綜合分析能力和探索創新能力有極大幫助。