魏紅彥，裴小娜

(1.廊坊師范學院，河北 廊坊 065000;2.廊坊市模式識別與機器智能重點實驗室, 河北 廊坊 065000)

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Proteus仿真在微機原理教學中的應用

魏紅彥1，裴小娜2

(1.廊坊師范學院，河北 廊坊 065000;2.廊坊市模式識別與機器智能重點實驗室, 河北 廊坊 065000)

為深入理解微機原理課程，提出利用仿真軟件Proteus作為實驗教學的輔助手段，隨時隨地進行電路設計、模擬仿真。同時將微處理器8086與可編程并行接口芯片8255A組成電路作為仿真實例，具體闡述Proteus軟件在微機原理實驗教學中的應用。實驗仿真結果證明，把Proteus應用到微機原理課程教學中，可以實現(xiàn)理論教學與實踐教學的結合，深化學生對于微機原理課程的理解，改善教學效果，提高教學質(zhì)量，同時還為后續(xù)課程提供了理論基礎。

微機原理；Proteus；仿真教學；8255A

0 引言

“微機原理及接口技術"，是電子信息、電氣控制、計算機、機電等專業(yè)學生的必修專業(yè)基礎課，也是一門理論與實踐相結合的課程。課程中涵蓋的理論知識信息量很大，內(nèi)容比較抽象。應用傳統(tǒng)的教學模式進行授課存在一些弊端：第一，傳統(tǒng)教學以理論講授為主，再通過有限的實驗設備進行演示輔助教學，所以學生有時感到知識點難理解，很難吸引學生的注意力；第二，目前學校的實驗設備大部分只能做驗證性實驗，同時還受到設備固有模式限制，這就限制了學生自主性設計和發(fā)揮；第三，學校實驗箱的價格比較昂貴，實驗中用到的接口芯片，不易保管，且容易損壞；最后，運用實驗箱進行實驗設計只能在學校專業(yè)實驗室完成，如果學生在課余時間進行實驗或創(chuàng)新設計就無法實現(xiàn)。為了加深對理論知識的理解，我們在實驗教學過程中引入了仿真軟件Proteus，這種軟件包含了當前最為完整、最先進的微型控制器系統(tǒng)的設計原理電路和仿真平臺的模塊[1]。在教學當中引入這一仿真軟件，可直接建立學生的直觀仿真思維，并通過這種仿真軟件更直觀、形象地講解微型計算機的內(nèi)部結構和特征，在教學中對學生學習起到很大的幫助作用。

1 Proteus軟件簡介

Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的用于電路分析與實物仿真及印制電路板設計的軟件，它包含ISIS和ARES兩個軟件包[2]。ISIS是SPICE電路原理圖設計與模擬仿真軟件，ISIS支持大量的存儲器和外圍接口芯片，Proteus提供了30多個元件庫，數(shù)千種元件，可以仿真絕大部分的電路設計圖。ARES是布線設計軟件包，它具有32位數(shù)據(jù)庫、元件自動布置、撤消和重試的自動布線功能，超強性能的PCB設計系統(tǒng)，同時ARES也支持手動布線，系統(tǒng)限制相對較少。Proteus可以仿真和分析各種模擬電路與集成電路、微型計算機、單片機及外部設備，提供了多種虛擬儀器，包括交直流電壓表、交直流電流表、示波器、邏輯分析儀、計數(shù)定時器、虛擬終端機、信號發(fā)生器等，同時Proteus VSM支持8086CPU系統(tǒng)，能夠完整仿真基本的I/O口、中斷控制器、定時計數(shù)器、并行接口芯片、串行接口芯片以及通用外設接口芯片與CPU相連接的情況[3]。該軟件也支持全部的8086CPU 指令系統(tǒng)和寄存器，支持8086CPU所有總線、內(nèi)存和其他I/O引腳的操作，而且Proteus仿真系統(tǒng)還包含強大的調(diào)試工具包，可對寄存器、存儲器進行實時監(jiān)測，對程序分析具有斷點調(diào)試及單步調(diào)試的功能，具有對顯示器、按鈕、鍵盤等外設進行交互可視化的仿真[4]。Proteus軟件可以直接支持匯編語言編譯器，相當于一個全開放性的設備齊全的綜合性仿真實驗平臺，同時它還支持第三方程序開發(fā)軟件的編譯器，比如最常用的編譯和調(diào)試環(huán)境Keil uVision3、MPLAB[5]。通過把Proteus軟件引入8086微機原理接口技術教學，可進行動態(tài)現(xiàn)場演示，教學方法直觀，使學生觀察到內(nèi)部寄存器、存儲器以及相應的接口芯片的變化，深化對課程內(nèi)容的理解。

2 Proteus軟件仿真8086微機系統(tǒng)實例

下面以Proteus仿真的微處理器8086CPU與定時/計數(shù)器8255A組成的擴展電路為實例，說明Proteus軟件仿真在“微機原理”課程教學中的應用方法和仿真過程。

2.1 程序設計基本方法

可編程8255A是計算機系統(tǒng)中經(jīng)常使用的可編程并行接口芯片，其內(nèi)部有三個相互獨立的并行接口，分別稱為PA口，PB口，PC口。8255A有三種工作方式[6]，方式0是基本輸入輸出方式，PA口、PB口、PC口都可以工作在這一方式下；方式1是選通輸入輸出方式，PA口、PB口可以工作在這一方式下；方式2是雙向總線I/O方式，只有PA口可以工作在這一方式下。其中圖1是程序設計的工作流程圖。

2.2 Proteus硬件電路設計

采用可編程并行接口芯片8255A、8086CPU及相關的接口芯片組成電路，圖2為硬件仿真電路圖。

(1)8086CPU的時鐘頻率取1.5MHz。

(2)三個74LS273鎖存器進行輸出地址A19-A0的鎖存。

(4)8255A的PA、PB、PC口均工作在方式0下，PA、PB是輸出口，PC口是輸入口。

(5)8255A的PC口作為獨立式按鍵的輸入檢測端口，其中PC0接開關作為輸入，按鍵按下時PC0=0，按鍵斷開時PC0=1；PA口作8位共陰極管LED的段碼輸出端口， PB口用作8位LED數(shù)碼管的位控碼輸出端口，8位LED初始顯示76543210。

2.3 程序軟件設計

程序的編寫和編譯一定要選擇可以支持8086匯編語言的編譯器，這里通過Masm for Windows集成軟件編寫匯編源程序，然后進行編譯、鏈接生成可執(zhí)行的.COM或.EXE格式的可執(zhí)行程序文件，編寫的源程序的主程序如下：

.MODEL SMALL

.8086

.STACK

.CODE

.STARTUP

MOV DX,0206H

MOV AL,81H

OUT DX,AL

AGAIN:CALL DISP

KEY: MOV DX,0204H

IN AL,DX

TEST AL,01H

JNZ AGAIN

CALL DELAY20MS

MOV DX,0204H

IN AL,DX

TEST AL,01H

JNZ AGAIN

KEY-WAIT:CALL DISP

MOV DX,0204H

IN AL,DX

TEST AL,01H

JZ KEY-WAIT

MOV BX,OFFSET SITUATION

MOV SI,OFFSET SITUATION

MOV AL,[SI]

MOV AH,AL

MOV CX,7

TRANS:INC SI

MOV AL,[SI]

MOV [BX],AL

INC BX

LOOP TRANS

MOV [BX],AH

JMP AGAIN

.DATA

SITUATION DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H

END

2.4 仿真電路的調(diào)試程序

8255A的PA、PB口輸出通過接8位共陰極LED數(shù)碼管，首先雙擊仿真電路中的8086CPU芯片，出現(xiàn)Edit Component，把源文件生成的.EXE文件加載到8086CPU中，下面就可以進行仿真實驗。圖3中上圖是初始輸出，輸出是76543210，下圖是按一次按鍵，數(shù)碼管的數(shù)字循環(huán)左移一位，輸出是07654321。

通過Proteus仿真軟件可形象生動地演示8255A工作方式設置、程序編譯和實現(xiàn)效果，大大激發(fā)學生學習興趣，深化學生對可編程8255A并行接口芯片的理解，取得了良好的教學效果。

3 結語

微機原理實踐教學是微機原理課程的一個重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生的設計能力、開發(fā)創(chuàng)新能力、綜合

運用能力的重要手段。本文通過引入Proteus軟件進行仿真教學，使學生充分理解Proteus仿真軟件在課程教學中的作用，增強學生的軟硬件設計能力，提高了教學質(zhì)量，同時對教學過程起到很好的促進作用，調(diào)動了學生學習該門課程及其他相關課程的積極性。

[1] 陳龍，張亞軍.Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的應用[J]．實驗技術與管理，2009,26(8):73-75.

[2] 周潤景，張麗娜，丁莉．基于PROTEUS的電路及單片機設計與仿真[M]．北京：北京航空航天大學出版社,2010.

[3] 楊增汪，陳斯,戴新宇．基于Proteus的電類綜合實驗系統(tǒng)的構建[J]．中國現(xiàn)代教育裝備,2010,(15)：116-118.

[4] 吉向東，李新鄂．基于Proteus的微機原理實驗仿真[J]．信息技術,2010,(2)：36-39，44.

[5] 楊漢生，劉麗，孔鯤鵬.單片機多機通信的Proteus仿真設計[J]．四川兵工學報，2010，31(4)：82-84，89.

[6] 周荷琴，吳秀清．微型計算機原理與接口技術[M]．合肥：中國科學技術大學出版社,2008.

Application of Proteus Simulation in the Teachingof Microcomputer Principle

WEIHong-yan1,PEIXiao-na2

(1.LangfangTeachersUniversity,Langfang065000,China;2.LangfangKeyLaboratoryofPatternRecognitionandMachineIntelligence,Langfang065000,China)

In order to understand the theory of microcomputer principle course better, we put forward using Proteus as the auxiliary method in the experiment teaching. Using this software we can do circuit design and simulating experiment anyplace and anytime. Meanwhile, using microprocessor 8086 and programmable parallel interface chip 8255A circuit simulation as an example, the application of Proteus software in microcomputer principle experimental teaching can be described in detail. The simulation results show that the application of Proteus in microcomputer principle course can realize better combination between the theoretical teaching and practical teaching, deepen students' understanding of microcomputer principle course, improve teaching effect, improve teaching quality, and provide a theoretical foundation for the follow-up courses.

microcomputer principle; Proteus; simulation teaching; 8255A

2017-03-30

廊坊師范學院教學改革課題一般項目(K2015-18)資助課題

魏紅彥(1981-)，女，碩士,廊坊師范學院物理與電子信息學院講師，研究方向：單片機和嵌入式系統(tǒng)。

TP368.1

A

1674-3229(2017)02-0112-04