顧婭軍　賈小林　吳玨

摘要：為了解決微機(jī)原理課程教學(xué)中存在的老師難教，學(xué)生難學(xué)的問題，采用CDIO思想構(gòu)建一個有效的一體化《微機(jī)原理及其應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和形式的組織上，采用階段式、層次式結(jié)構(gòu)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程分為三個階段、三個層次。利用Proteus ISIS和Emu8086構(gòu)成微機(jī)原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，在此平臺上完成微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)而掌握微機(jī)原理知識點(diǎn)。結(jié)果表明，利用本方法進(jìn)行教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)習(xí)效率顯著提高，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神。

關(guān)鍵詞：CDIO；微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)；Proteus；仿真；匯編語言

中圖分類號：TP368.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）19-4488-04

Research of the Microcomputer Principles Experiment Teaching Based on Proteus

GU Ya-jun， JIA Xiao-lin， WU Jue

（Southwest University of Science and Technology， School of Computer Science and Technology， Mianyang 621010， China）

Abstract： In order to solve the problem of microcomputer principles teaching， CDIO idea was used to construct an effective integration experimental teaching system of the course。The experiment teaching is divided into three phases and three levels. A virtual experimental platform of microcomputer principle is constructed based on Proteus ISIS and Emu8086， students can master the principle knowledge using the platform.It is showed that students learning initiative and efficiency is improved， and students' creative spirit and practical spirit is cultivated by the methods of teaching.

Key words： CDIO； microcomputer principles teaching； Proteus； simulation； Assembly language

《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)及控制專業(yè)的一門重要專業(yè)課。課程的內(nèi)容較為抽象。在教學(xué)過程中，需要將微機(jī)的軟硬件相結(jié)合，相互配合，二者協(xié)調(diào)一致，課程的理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性都要求較高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果直接影響著教學(xué)質(zhì)量，不僅要求學(xué)生能掌握基本理論和設(shè)計(jì)方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)開發(fā)的能力，尤其是在培養(yǎng)學(xué)生具有工程意識與工程能力，適應(yīng)我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。

1 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

1） 教學(xué)內(nèi)容的安排不能較好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比重大，內(nèi)容上多偏重于對理論知識的驗(yàn)證，缺少創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，缺乏新穎性和趣味性。

2） 現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，學(xué)生基本上是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或者是教師的指導(dǎo)，按步就班地連線操作，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上觀察應(yīng)出的特定現(xiàn)象，自己獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)創(chuàng)新的機(jī)會較少。

3） 本學(xué)院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍以實(shí)驗(yàn)箱為主完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)箱也有著不足：

（1） 實(shí)驗(yàn)路線固化。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中多采用已有的實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)箱上線路基本都已經(jīng)連接好，芯片已經(jīng)固定，學(xué)生不能自由靈活地設(shè)計(jì)，只能依葫蘆畫瓢，利用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電路來完成一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，影響了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

（2） 實(shí)驗(yàn)箱個數(shù)有限。因?qū)嶒?yàn)箱較為昂貴，學(xué)校購買的實(shí)驗(yàn)箱個數(shù)有限，通常幾個學(xué)生一組共用一臺試驗(yàn)箱，不利于學(xué)生個人動手能力的培養(yǎng)。

（3） 實(shí)驗(yàn)箱使用時(shí)間有限。因?qū)嶒?yàn)箱容易損壞且維修不方便，學(xué)生只能在規(guī)定時(shí)間在老師帶領(lǐng)才能使用，不利于學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，影響了學(xué)生的積極性。

4） 由于電子元器件易損耗，若每次實(shí)驗(yàn)學(xué)生均直接使用電子元器件操作，不符合現(xiàn)在的節(jié)能、環(huán)保要求。

利用CDIO教學(xué)模式構(gòu)建本課程的教學(xué)體系，利用基于Proteus的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺來完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能較好地解決上述問題。

2 CDIO教學(xué)體系的構(gòu)建

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate） ，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程。

從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測評的12條標(biāo)準(zhǔn)。瑞典國家高教署（Swedish National Agency for Higher Education） 2005年采用這12條標(biāo)準(zhǔn)對本國100個工程學(xué)位計(jì)劃進(jìn)行評估，結(jié)果表明，新標(biāo)準(zhǔn)比原標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)面更寬，更利于提高質(zhì)量，尤為重要的是新標(biāo)準(zhǔn)為工程教育的系統(tǒng)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。endprint

為真正實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做一體化”教學(xué)，體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，依據(jù)微機(jī)原理課程的教學(xué)目標(biāo)，更新傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，利用CDIO教育模式的一體化教學(xué)計(jì)劃（標(biāo)準(zhǔn)3） ，構(gòu)建一個有效的一體化“微機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（如圖1所示），讓學(xué)生在系統(tǒng)地學(xué)習(xí)

本課程理論知識的同時(shí)，有計(jì)劃、有目的地進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，并創(chuàng)新性地完成一些有實(shí)際意義的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得學(xué)生在實(shí)踐活動中切身獲得各方面能力的培養(yǎng)。

利用基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)（Project based Education and Learning）的學(xué)習(xí)方式，將微機(jī)原理課程需要掌握的知識分解成一個個的知識點(diǎn)，然后將不同的知識點(diǎn)組合，形成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等三個層次的實(shí)驗(yàn)。

圖1 CDIO構(gòu)建“微機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

本課程知識點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)的劃分如表1所示。

表1 知識點(diǎn)和任務(wù)劃分表

[實(shí)驗(yàn)層次＼&實(shí)驗(yàn)內(nèi)容＼&知識點(diǎn)＼&基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)＼&學(xué)生成績管理系統(tǒng)＼&匯編程序＼&LED亮滅實(shí)驗(yàn)＼&基本原理＼&存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)＼&存儲器設(shè)計(jì)＼&鍵盤數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)＼&8255＼&波形發(fā)生器＼&8253＼&中斷程序設(shè)計(jì)＼&8259＼&模擬電壓檢測實(shí)驗(yàn)＼&0808＼&波形輸出實(shí)驗(yàn)＼&DAC0832＼&基于虛擬串行接口的收發(fā)實(shí)驗(yàn)＼&8251＼&綜合實(shí)驗(yàn)＼&搶答器設(shè)計(jì)＼&8253、8255＼&萬年歷設(shè)計(jì)＼&8255＼&交通信號燈設(shè)計(jì)＼&8255 8253＼&電子琴的設(shè)計(jì)＼&8253＼&創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)＼&學(xué)生小組一起討論選題、完成設(shè)計(jì)＼&接口的實(shí)際應(yīng)用＼&畢業(yè)設(shè)計(jì)＼&]

根據(jù)實(shí)際需求完成任務(wù)的構(gòu)思，對任務(wù)進(jìn)行分解，然后利用Emu8086、Proteus等軟件完成各個具體任務(wù)的軟件設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)，生成PCB圖，根據(jù)PCB圖實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品電路焊接、調(diào)試等工作，最后產(chǎn)品投入實(shí)用，對產(chǎn)品的運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的建立

采用Proteus 7.5提供的VSM（Virtual System Modeling）for8086模塊，可以對8086CPU進(jìn)行仿真。模型庫中包含的鍵盤、按鍵、開關(guān)、8255、8253、6264等芯片可以方便的用來設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)。8086模型支持將源代碼的編輯和編譯整合到同一設(shè)計(jì)環(huán)境中，用戶可以在設(shè)計(jì)中直接編輯代碼，并可以非常容易的修改源程序并查看仿真結(jié)果。基于此軟件就方便地建立“微機(jī)原理及應(yīng)用”仿真實(shí)驗(yàn)平臺。

微機(jī)接口虛擬實(shí)驗(yàn)平臺由兩部分構(gòu)成：Proteus 和Emu8086。Proteus主要是完成電路設(shè)計(jì)和仿真，它本身不提供8086編譯器，而是通過添加外部代碼編譯器，將編寫好的源代碼加入工程。EMU8086是一款基于Windows的8086匯編語言編譯、調(diào)試軟件，它的主要功能是提供編譯環(huán)境進(jìn)行匯編程序的編寫和編譯，并生成仿真需要COM或EXE文件。

4 應(yīng)用舉例

下面以“存儲器擴(kuò)展”這個任務(wù)的設(shè)計(jì)仿真為例，介紹CDIO在微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用。

1） 構(gòu)思（Conceive）

在微機(jī)原理及應(yīng)用的課程中，存儲器的讀寫比較抽象，很多學(xué)生這部分知識感到困惑，利用Proteus仿真，動態(tài)的顯示存儲器寫入的過程。利用2塊6264芯片對數(shù)據(jù)存儲器芯片進(jìn)行擴(kuò)展16KB。

2） 設(shè)計(jì)（Design）

在proteus里面，使用8086、74LS138、74LS373、6264完成存儲器擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，通過3-8譯碼器譯碼74LS138，使得擴(kuò)展的地址范圍為：8000H～BFFFH。如圖2所示。

圖2 存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)圖

硬件設(shè)計(jì)好后，編寫軟件，對兩片6264進(jìn)行寫操作，使得從8000H單元開始，每個單元依次存入0、1、2、3…，直到100。參考程序如下：

ORG 0100H

MOV CX，0064H ；循環(huán)100次

MOV DX，0000H ；置初值

MOV BX，8000H ；

MOV AX，0000H

MOV DS，AX ；DS置零

SIM：

MOV [BX]，DL

INC DL

INC BX

LOOP SIM

INT 3H ；停止在INT 3H

通過Proteus仿真，可以觀察到數(shù)據(jù)被依次寫入，如圖3所示。

當(dāng)所有數(shù)據(jù)被寫入完成，觀察到的情況如圖4所示：

圖4 所有數(shù)據(jù)被寫入存儲器

3） 實(shí)現(xiàn)（Implement）

在proteus中，可以利用ARES直接在仿真原理圖的基礎(chǔ)上繪制PCB，成PCB文件制版，也可以根據(jù)原理圖直接手工焊接制版，完成實(shí)物制作，并對實(shí)物產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試。

4） 運(yùn)作（Operate）

調(diào)試好的實(shí)物產(chǎn)品就可以供企業(yè)運(yùn)行使用了。

學(xué)生通過解決“存儲器擴(kuò)展”這個任務(wù)，可以比較輕松地掌握關(guān)于振蕩器、復(fù)位電路、并口、存儲器等知識點(diǎn)的內(nèi)容，達(dá)到本次任務(wù)的教學(xué)要求。這種在設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，比單純學(xué)習(xí)書本知識有趣、更利于學(xué)生接受，更有利于對知識的掌握。

4 結(jié)論

在微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)中，使用CDIO思想構(gòu)建的《微機(jī)原理及其應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，利用Proteus等構(gòu)建微機(jī)原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，具有教學(xué)過程直觀的特點(diǎn)，減少了電子產(chǎn)品的消耗，節(jié)約了能源，更有利于學(xué)生在課下預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)學(xué)生內(nèi)容，極大地提高了學(xué)生了學(xué)習(xí)積極性，為學(xué)生掌握本課程知識提供了良好的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳瑩.基于Proteus的微機(jī)接口虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013（1）.

[2] 陳紅衛(wèi)，鄧紅，袁偉.基于Proteus的微機(jī)接口仿真實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用[J].中國教育信息化，2012（4）.

[3] 李珍香，李全福.基于CDIO模式的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué) 2013，16（1）.

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為真正實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做一體化”教學(xué)，體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，依據(jù)微機(jī)原理課程的教學(xué)目標(biāo)，更新傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，利用CDIO教育模式的一體化教學(xué)計(jì)劃（標(biāo)準(zhǔn)3） ，構(gòu)建一個有效的一體化“微機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（如圖1所示），讓學(xué)生在系統(tǒng)地學(xué)習(xí)

本課程理論知識的同時(shí)，有計(jì)劃、有目的地進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，并創(chuàng)新性地完成一些有實(shí)際意義的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得學(xué)生在實(shí)踐活動中切身獲得各方面能力的培養(yǎng)。

利用基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)（Project based Education and Learning）的學(xué)習(xí)方式，將微機(jī)原理課程需要掌握的知識分解成一個個的知識點(diǎn)，然后將不同的知識點(diǎn)組合，形成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等三個層次的實(shí)驗(yàn)。

圖1 CDIO構(gòu)建“微機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

本課程知識點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)的劃分如表1所示。

表1 知識點(diǎn)和任務(wù)劃分表

[實(shí)驗(yàn)層次＼&實(shí)驗(yàn)內(nèi)容＼&知識點(diǎn)＼&基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)＼&學(xué)生成績管理系統(tǒng)＼&匯編程序＼&LED亮滅實(shí)驗(yàn)＼&基本原理＼&存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)＼&存儲器設(shè)計(jì)＼&鍵盤數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)＼&8255＼&波形發(fā)生器＼&8253＼&中斷程序設(shè)計(jì)＼&8259＼&模擬電壓檢測實(shí)驗(yàn)＼&0808＼&波形輸出實(shí)驗(yàn)＼&DAC0832＼&基于虛擬串行接口的收發(fā)實(shí)驗(yàn)＼&8251＼&綜合實(shí)驗(yàn)＼&搶答器設(shè)計(jì)＼&8253、8255＼&萬年歷設(shè)計(jì)＼&8255＼&交通信號燈設(shè)計(jì)＼&8255 8253＼&電子琴的設(shè)計(jì)＼&8253＼&創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)＼&學(xué)生小組一起討論選題、完成設(shè)計(jì)＼&接口的實(shí)際應(yīng)用＼&畢業(yè)設(shè)計(jì)＼&]

根據(jù)實(shí)際需求完成任務(wù)的構(gòu)思，對任務(wù)進(jìn)行分解，然后利用Emu8086、Proteus等軟件完成各個具體任務(wù)的軟件設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)，生成PCB圖，根據(jù)PCB圖實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品電路焊接、調(diào)試等工作，最后產(chǎn)品投入實(shí)用，對產(chǎn)品的運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的建立

采用Proteus 7.5提供的VSM（Virtual System Modeling）for8086模塊，可以對8086CPU進(jìn)行仿真。模型庫中包含的鍵盤、按鍵、開關(guān)、8255、8253、6264等芯片可以方便的用來設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)。8086模型支持將源代碼的編輯和編譯整合到同一設(shè)計(jì)環(huán)境中，用戶可以在設(shè)計(jì)中直接編輯代碼，并可以非常容易的修改源程序并查看仿真結(jié)果。基于此軟件就方便地建立“微機(jī)原理及應(yīng)用”仿真實(shí)驗(yàn)平臺。

微機(jī)接口虛擬實(shí)驗(yàn)平臺由兩部分構(gòu)成：Proteus 和Emu8086。Proteus主要是完成電路設(shè)計(jì)和仿真，它本身不提供8086編譯器，而是通過添加外部代碼編譯器，將編寫好的源代碼加入工程。EMU8086是一款基于Windows的8086匯編語言編譯、調(diào)試軟件，它的主要功能是提供編譯環(huán)境進(jìn)行匯編程序的編寫和編譯，并生成仿真需要COM或EXE文件。

4 應(yīng)用舉例

下面以“存儲器擴(kuò)展”這個任務(wù)的設(shè)計(jì)仿真為例，介紹CDIO在微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用。

1） 構(gòu)思（Conceive）

在微機(jī)原理及應(yīng)用的課程中，存儲器的讀寫比較抽象，很多學(xué)生這部分知識感到困惑，利用Proteus仿真，動態(tài)的顯示存儲器寫入的過程。利用2塊6264芯片對數(shù)據(jù)存儲器芯片進(jìn)行擴(kuò)展16KB。

2） 設(shè)計(jì)（Design）

在proteus里面，使用8086、74LS138、74LS373、6264完成存儲器擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，通過3-8譯碼器譯碼74LS138，使得擴(kuò)展的地址范圍為：8000H～BFFFH。如圖2所示。

圖2 存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)圖

硬件設(shè)計(jì)好后，編寫軟件，對兩片6264進(jìn)行寫操作，使得從8000H單元開始，每個單元依次存入0、1、2、3…，直到100。參考程序如下：

ORG 0100H

MOV CX，0064H ；循環(huán)100次

MOV DX，0000H ；置初值

MOV BX，8000H ；

MOV AX，0000H

MOV DS，AX ；DS置零

SIM：

MOV [BX]，DL

INC DL

INC BX

LOOP SIM

INT 3H ；停止在INT 3H

通過Proteus仿真，可以觀察到數(shù)據(jù)被依次寫入，如圖3所示。

當(dāng)所有數(shù)據(jù)被寫入完成，觀察到的情況如圖4所示：

圖4 所有數(shù)據(jù)被寫入存儲器

3） 實(shí)現(xiàn)（Implement）

在proteus中，可以利用ARES直接在仿真原理圖的基礎(chǔ)上繪制PCB，成PCB文件制版，也可以根據(jù)原理圖直接手工焊接制版，完成實(shí)物制作，并對實(shí)物產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試。

4） 運(yùn)作（Operate）

調(diào)試好的實(shí)物產(chǎn)品就可以供企業(yè)運(yùn)行使用了。

學(xué)生通過解決“存儲器擴(kuò)展”這個任務(wù)，可以比較輕松地掌握關(guān)于振蕩器、復(fù)位電路、并口、存儲器等知識點(diǎn)的內(nèi)容，達(dá)到本次任務(wù)的教學(xué)要求。這種在設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，比單純學(xué)習(xí)書本知識有趣、更利于學(xué)生接受，更有利于對知識的掌握。

4 結(jié)論

在微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)中，使用CDIO思想構(gòu)建的《微機(jī)原理及其應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，利用Proteus等構(gòu)建微機(jī)原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，具有教學(xué)過程直觀的特點(diǎn)，減少了電子產(chǎn)品的消耗，節(jié)約了能源，更有利于學(xué)生在課下預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)學(xué)生內(nèi)容，極大地提高了學(xué)生了學(xué)習(xí)積極性，為學(xué)生掌握本課程知識提供了良好的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳瑩.基于Proteus的微機(jī)接口虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013（1）.

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[7] 周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].5版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

為真正實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做一體化”教學(xué)，體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，依據(jù)微機(jī)原理課程的教學(xué)目標(biāo)，更新傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，利用CDIO教育模式的一體化教學(xué)計(jì)劃（標(biāo)準(zhǔn)3） ，構(gòu)建一個有效的一體化“微機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（如圖1所示），讓學(xué)生在系統(tǒng)地學(xué)習(xí)

本課程理論知識的同時(shí)，有計(jì)劃、有目的地進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，并創(chuàng)新性地完成一些有實(shí)際意義的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得學(xué)生在實(shí)踐活動中切身獲得各方面能力的培養(yǎng)。

利用基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)（Project based Education and Learning）的學(xué)習(xí)方式，將微機(jī)原理課程需要掌握的知識分解成一個個的知識點(diǎn)，然后將不同的知識點(diǎn)組合，形成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等三個層次的實(shí)驗(yàn)。

圖1 CDIO構(gòu)建“微機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

本課程知識點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)的劃分如表1所示。

表1 知識點(diǎn)和任務(wù)劃分表

[實(shí)驗(yàn)層次＼&實(shí)驗(yàn)內(nèi)容＼&知識點(diǎn)＼&基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)＼&學(xué)生成績管理系統(tǒng)＼&匯編程序＼&LED亮滅實(shí)驗(yàn)＼&基本原理＼&存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)＼&存儲器設(shè)計(jì)＼&鍵盤數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)＼&8255＼&波形發(fā)生器＼&8253＼&中斷程序設(shè)計(jì)＼&8259＼&模擬電壓檢測實(shí)驗(yàn)＼&0808＼&波形輸出實(shí)驗(yàn)＼&DAC0832＼&基于虛擬串行接口的收發(fā)實(shí)驗(yàn)＼&8251＼&綜合實(shí)驗(yàn)＼&搶答器設(shè)計(jì)＼&8253、8255＼&萬年歷設(shè)計(jì)＼&8255＼&交通信號燈設(shè)計(jì)＼&8255 8253＼&電子琴的設(shè)計(jì)＼&8253＼&創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)＼&學(xué)生小組一起討論選題、完成設(shè)計(jì)＼&接口的實(shí)際應(yīng)用＼&畢業(yè)設(shè)計(jì)＼&]

根據(jù)實(shí)際需求完成任務(wù)的構(gòu)思，對任務(wù)進(jìn)行分解，然后利用Emu8086、Proteus等軟件完成各個具體任務(wù)的軟件設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)，生成PCB圖，根據(jù)PCB圖實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品電路焊接、調(diào)試等工作，最后產(chǎn)品投入實(shí)用，對產(chǎn)品的運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的建立

采用Proteus 7.5提供的VSM（Virtual System Modeling）for8086模塊，可以對8086CPU進(jìn)行仿真。模型庫中包含的鍵盤、按鍵、開關(guān)、8255、8253、6264等芯片可以方便的用來設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)。8086模型支持將源代碼的編輯和編譯整合到同一設(shè)計(jì)環(huán)境中，用戶可以在設(shè)計(jì)中直接編輯代碼，并可以非常容易的修改源程序并查看仿真結(jié)果。基于此軟件就方便地建立“微機(jī)原理及應(yīng)用”仿真實(shí)驗(yàn)平臺。

微機(jī)接口虛擬實(shí)驗(yàn)平臺由兩部分構(gòu)成：Proteus 和Emu8086。Proteus主要是完成電路設(shè)計(jì)和仿真，它本身不提供8086編譯器，而是通過添加外部代碼編譯器，將編寫好的源代碼加入工程。EMU8086是一款基于Windows的8086匯編語言編譯、調(diào)試軟件，它的主要功能是提供編譯環(huán)境進(jìn)行匯編程序的編寫和編譯，并生成仿真需要COM或EXE文件。

4 應(yīng)用舉例

下面以“存儲器擴(kuò)展”這個任務(wù)的設(shè)計(jì)仿真為例，介紹CDIO在微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用。

1） 構(gòu)思（Conceive）

在微機(jī)原理及應(yīng)用的課程中，存儲器的讀寫比較抽象，很多學(xué)生這部分知識感到困惑，利用Proteus仿真，動態(tài)的顯示存儲器寫入的過程。利用2塊6264芯片對數(shù)據(jù)存儲器芯片進(jìn)行擴(kuò)展16KB。

2） 設(shè)計(jì)（Design）

在proteus里面，使用8086、74LS138、74LS373、6264完成存儲器擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，通過3-8譯碼器譯碼74LS138，使得擴(kuò)展的地址范圍為：8000H～BFFFH。如圖2所示。

圖2 存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)圖

硬件設(shè)計(jì)好后，編寫軟件，對兩片6264進(jìn)行寫操作，使得從8000H單元開始，每個單元依次存入0、1、2、3…，直到100。參考程序如下：

ORG 0100H

MOV CX，0064H ；循環(huán)100次

MOV DX，0000H ；置初值

MOV BX，8000H ；

MOV AX，0000H

MOV DS，AX ；DS置零

SIM：

MOV [BX]，DL

INC DL

INC BX

LOOP SIM

INT 3H ；停止在INT 3H

通過Proteus仿真，可以觀察到數(shù)據(jù)被依次寫入，如圖3所示。

當(dāng)所有數(shù)據(jù)被寫入完成，觀察到的情況如圖4所示：

圖4 所有數(shù)據(jù)被寫入存儲器

3） 實(shí)現(xiàn)（Implement）

在proteus中，可以利用ARES直接在仿真原理圖的基礎(chǔ)上繪制PCB，成PCB文件制版，也可以根據(jù)原理圖直接手工焊接制版，完成實(shí)物制作，并對實(shí)物產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試。

4） 運(yùn)作（Operate）

調(diào)試好的實(shí)物產(chǎn)品就可以供企業(yè)運(yùn)行使用了。

學(xué)生通過解決“存儲器擴(kuò)展”這個任務(wù)，可以比較輕松地掌握關(guān)于振蕩器、復(fù)位電路、并口、存儲器等知識點(diǎn)的內(nèi)容，達(dá)到本次任務(wù)的教學(xué)要求。這種在設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，比單純學(xué)習(xí)書本知識有趣、更利于學(xué)生接受，更有利于對知識的掌握。

4 結(jié)論

在微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)中，使用CDIO思想構(gòu)建的《微機(jī)原理及其應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，利用Proteus等構(gòu)建微機(jī)原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，具有教學(xué)過程直觀的特點(diǎn)，減少了電子產(chǎn)品的消耗，節(jié)約了能源，更有利于學(xué)生在課下預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)學(xué)生內(nèi)容，極大地提高了學(xué)生了學(xué)習(xí)積極性，為學(xué)生掌握本課程知識提供了良好的幫助。

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