Proteus8.0在“微機原理與接口技術”課程教學中的應用

周昌?！×制浔?/p>

摘 要：“微機原理與接口技術”是電子、電信、自動化等專業的一門實踐性較強的專業選修課程。文章主要從實際出發，探討Proteus8.0仿真軟件在“微機原理與接口技術”課程教學中的改革，彌補傳統的板書和PPT教學方式的不足，通過實際的項目案例，結合該仿真軟件極大地激發學生的學習興趣，旨在培養一批具有軟件和硬件綜合設計能力的學生，并為后續相關課程的教學奠定一個良好的基礎。

關鍵詞：“微機原理與接口技術”;Proteus8.0;課程教學;綜合設計

針對應用型本科院校，“微機原理與接口技術”是電子、電信、自動化等專業的一門實踐性較強的專業選修課程。它不僅為從事電子產品設計的企業培養了具有硬件和軟件設計能力的人才，同時也鍛煉出學生所具有的各種創新和團隊合作能力。該課程主要涉及微機工作原理及接口芯片設計和編程應用，前面章節主要是匯編程序的編寫部分，大部分學生只是接觸過C語言，對匯編程序沒有任何基礎。后面章節主要涉及各種接口芯片，學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。大多數高校學生在學習本課程時都感到理論知識缺乏，教師在課堂一味地灌輸理論知識，使得大部分學生對本課程失去了興趣。為了提高教學質量，使學生能夠真正地理解和掌握與微機接口的相關知識，本文主要采用Proteus8.0軟件仿真教學進行動漫演示，讓學生直觀地感受到整個硬件電路設計和程序編寫思想過程，這種教學方式和方法結合Proteus仿真軟件以項目案例教學方式培養學生的學習興趣，是應用型本科院校人才培養目標的必然要求。

一、Proteus產品的概述

Proteus仿真技術是由英國Labcenter公司開發的一款性能較全面的軟件設計平臺[1]。該平臺元器件數目種類繁多，無須硬件實物的搭建，能夠快捷、方便有效地根據設計者的思想設計出電路仿真圖，設計者可以通過使用輸入輸出設備，如開關、LED、數碼管、鍵盤實現人機信息交互[2][3]。在電路設計的同時能夠實現編譯調試，最短時間內可以根據設計者的要求把系統設計效果和實現的功能直觀地展示出來，更好地幫助學生學習和理解微機系統設計的整個過程。除此之外，Proteus軟件平臺還配備了虛擬示波器、信號發生器、數字信號圖像發生器、時鐘計數器、邏輯分析儀以及簡單的電壓表、電流表。利用這些虛擬儀表可以實時地觀察到整個電路的仿真和調試結果[4]。

總之，Proteus8.0是一款可視化仿真界面，具有編程、創建、調試等一體化功能，設計者能夠根據自己的思路迅速地實現實驗效果，它是一個全方位的實驗仿真平臺。學生能夠根據自己的軟件代碼和硬件電路設計仿真動態地觀察每一步所產生的效果，相當于一個模擬的實驗室平臺。

二、教學現狀和趨勢

目前，大多數高等院校針對本課程的教學都以理論課為主，教學手段以板書和PPT相結合的方法授課，由于本書涉及的8086CPU和接口芯片概念性東西很多，加上理論知識的抽象性，大多數學生理解起來特別困難，所以學生普遍感到內容乏味，對微型計算機的基本組成、工作模式和8255、8259以及8255定時器內部結構和編程應用掌握不夠扎實[5]。根據教學經驗和分析存在如下問題。

（1）理論教學中教師主要采用板書和PPT的方式講解，這種教學方法只能適合一部分學生，理論知識的過分強調，使得學生無法掌握其中的重點和精髓，忽略了實踐環節，缺少生動的動漫演示，學生不能夠真實地感受到程序運行每一步的實驗現象，最終沒有真正理解接口芯片的內部結構和編程應用。這也是導致學生對這門課失去興趣的主要原因。

（2）在實驗教學中，實驗儀器大部分比較陳舊，有些芯片學生操作不當，很容易損壞，導致實驗硬件部分很難實現。一些綜合性、設計性實驗無法進行。另外，硬件設施成本代價較高，實驗箱固定的電路，固定的器件限定了實驗項目的種類，大部分學生照搬照抄，相互模仿，只能做一些實驗箱上已開發的實驗項目，學生無法根據自己所學知識創新實驗項目，鍛煉自己硬件設計和軟件編程能力，無法提高自己的創新能力。

Proteus8.0仿真軟件具有強大的可視化界面，內部具有豐富的元器件庫，能夠模擬仿真8086CPU相關可編程接口芯片，通過軟件編程實現硬件系統環境的虛擬調試，讓學生更加直觀地觀察到實驗的現象和動漫效果，提高學生的學習興趣和動力。

三、Proteus8.0在教學中的改革和應用

傳統的理論教學，大部分教師對待本課程目前還是以理論教學為主，過分強調理論知識，尤其涉及微機硬件系統設計和匯編程序語言的應用，講解內容過多，偏向于空口白話，知識點抽象，大部分學生不能夠抓住重點，部分教師教學方法過于單一，“滿堂灌”的思想使得課堂的氣氛沉悶，久而久之，學生失去對本課程的學習興趣。實驗教學中大部分學生只是按照教師的示范照搬照抄實驗步驟完成實驗項目，并不能理解和掌握整個硬件設計的每一個環節，針對該課程的教學現狀，闡述Proteus8.0在“微機原理與接口技術”課程教學中的改革與應用。

1.Proteus8.0仿真教學實例

Proteus8.0仿真軟件內部包含程序流程圖設計、匯編程序編寫界面以及電路原理圖設計等界面，教師可以通過多媒體融入Proteus8.0仿真教學，把原來抽象難懂的微機知識概念轉化為生動、直觀的動漫演示。在仿真實例設計的過程中幫助學生學習每一個模塊的理論知識。

從圖1、圖2可以看出8259A中斷控制器是通過按鍵接入IR0產生一個中斷請求信號，通過INTR接受8259A發送的中斷請求信號，如果CPU響應該中斷請求會發出中斷響應信號給8259A并且接受CPU通過此引腳發送的中斷類型碼。CPU響應此請求發送中斷類型碼給8259A的D0～D7，CPU跳到中斷服務程序的入口地址處執行中斷服務。中斷服務程序的功能即使得8086CPU的低8位數據0x01向左循環移位一次。

運用Proteus仿真能夠看到模擬的LED燈依次循環點亮。通過仿真硬件連接幫助學生學習中斷的概念及其8259A中斷控制器工作原理，同時結合硬件運用所學習的匯編程序對設計的系統進行控制，課堂上通過修改相關的程序實現不同的動漫效果。Proteus8.0的可視化界面能夠全面地展示整個系統的硬件和軟件設計過程，大部分學生能夠在這樣的仿真實例中學習抽象、難懂的8259A中斷控制器可編程接口芯片的工作過程，極大地激發了學生的學習興趣。

2.Proteus8.0替代傳統的實驗教學模式

大部分高校微機原理課程采用試驗箱進行實驗教學，已經搭建好的試驗箱平臺不能體現學生的能力，只是需要幾根線就可以實現硬件設計，讓大部分學生不能深刻地理解芯片的結構和原理，只是照搬照抄，Proteus8.0仿真軟件拋開整個試驗箱的框架結構，學生通過元件庫搜索與實驗項目相關的電子元器件，進行合理的硬件設計，學習者可以在修改成程序的同時動態地觀察到仿真效果，不斷地幫助學生鞏固和學習課堂的理論教學知識。

此外，運用Proteus8.0仿真軟件進行實驗教學更加方便，學生可以在課后利用充足的時間用自己的電腦設計微機實驗課程的實驗項目或者課題，針對本次實驗項目，學生可以利用課后充足的時間不斷地擴展和創新，這樣比采用PPT的方式和過舊的實驗箱更體現出優越性，有助于提高學生的創新能力和工程應用實踐能力。

四、結語

理論與實踐教學是電子信息工程、電子科學與技術、自動化以及計算機專業的核心課程，是應用型本科院校人才培養方案的必然要求?；赑roteus仿真教學軟件有利于微機原理與接口技術理論教學應用。內部豐富的模擬器件有利于教師講解、演示并且動態地觀察到各模塊實現的效果與仿真，便于學生理解和學習相關可編程接口芯片抽象概念的講解。在進行實驗課的時候，學生能夠根據自己的想法和設計理念任意地設計電路，徹底代替實驗箱固定的電路，這樣不但提高了學生的動手能力，同時也為培養具有創新思想的人才奠定了基礎。Proteus8.0應用于微機接口技術的教學是高等院校教學改革的必然要求，它極大地促進了教學模式由課堂“填鴨式”教學轉變為項目實踐教學，Proteus仿真軟件平臺應用于微機原理接口技術這門課，能夠充分地提升教學質量，鍛煉學生的實踐性、創新性和團隊性。其改革任務還在不斷完善中，希望能夠在后續教學中得到廣泛的應用和擴展。

參考文獻：

[1]朱敏玲，張偉，侯凌燕.基于Proteus的微機原理與接口技術教學改革[J].實驗室研究與探索，2016（1）：155-160.

[2]張潔，陳曉紅.基于Proteus的微機原理實驗教學改革[J].計算機光盤軟件與應用，2013（24）.

[3]彭楚武，張志文.微型計算機原理及其應用[M].長沙：湖南大學出版社，2009.

[4]陳越，顧暉，梁惺彥.Proteus虛擬仿真在微機原理教學中的應用[J].電子技術應用，2012（1）：106-108.

[5]陳紅衛，袁偉.虛擬仿真在課堂教學中的應用——以微機原理與接口技術課堂教學為例[J].長春教育學院學報，2014（7）：3-5.

作者簡介：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。