卿騰

摘要：針對當前《微機原理與接口技術》教學與實驗過程當中存在的問題。基于Proteus虛擬仿真軟件平臺進行了微機原理實驗教學的改革與創(chuàng)新，將微機原理課程中傳統(tǒng)的8259A中斷控制實驗、Intel8253可編程定時/計數(shù)器、8255A并行I/O接口實驗和內(nèi)存擴展四大實驗綜合成一個獨立的大實驗系統(tǒng)。在該大實驗系統(tǒng)下教師和學生可以進行微機原理課程中所有的實驗，這種新的教學思路和方法能深化學生對知識點的綜合理解，能夠激發(fā)學生的創(chuàng)造力和提高學生對軟硬件的綜合開發(fā)能力。

關鍵詞：Proteus；微機原理；仿真

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）11-0218-03

Teaching Research of The Microcomputer Principles Based on Proteus

QING Teng

（College of Elect.and Information Engineering， Hunan Institute of Engineering， Xiangtan 411101， China）

Abstract： In In the view of the problem of the microcomputer principle and interface technology existed in the process of teaching and experiment. A new improved experimental teaching method， based on the virtual microcomputer principle experiment platform established by proteus software，was proposed in this paper， it makes several experiments integrated as one， which takes fewer experimental time .Such as the traditional experiment of 8259A interrupt control、the programmable timer/counter of Intel 8253、parallel I/O interface and memory expansion experiment of 8255A. Under the experimental system， teachers and students can carry out all the experiment， the kind of new teaching methods can deepen the students comprehensive understanding of knowledge， and stimulate the creativity and improve the capacity of the hardware and software.

Key words： Proteus； Microcomputer principle； Simulation

目前的微機教學當中，在Proteus這一個仿真平臺上已經(jīng)陸續(xù)開展了8259中斷實驗、8255并行口實驗、8253定時計數(shù)器實驗，但是這些實驗都是分開的各自進行的獨立實驗，每次所研究的都是獨立的某個接口芯片的功能特點，并沒有去研究這些接口芯片的聯(lián)系性，綜合性，所以在如今的微機教學中，盡管有些學生對這門課程掌握的很好，每次試驗都能很好地完成，但是這也并沒有意味著學生真的完全掌握了所學的知識點，只有再一次的將這些實驗統(tǒng)一起來研究，充分應用到各個接口芯片的功能，做成一個整體實驗，才能真正使學生掌握所學的知識點。

1 綜合仿真教學實驗系統(tǒng)

1.1 原理圖設計

原理圖設計如圖1所示，以8086為核心的微機處理器在最小工作模式下，以8086為基礎進行外部的數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、8259A可編程中斷控制器、Intel8253可編程定時/計數(shù)器、可編程并行I/O接口8255A的擴展，并在仿真軟件Proteus上進行仿真，以研究微機原理的教學在仿真軟件上的進行。

整個綜合實驗系統(tǒng)是基于一塊8086進行的。用到3塊74LS373將8086的20根地址鎖存，鎖存之后通過門電路接入74LS138譯碼器進行譯碼，譯碼端口分別接各個實驗系統(tǒng)模塊的片選信號，分別對應為譯碼端口Y0接8253定時計數(shù)實驗模塊的片選、譯碼端口Y1接8255并行I/O接口實驗模塊的片選、譯碼端口Y2和Y3分別接8259中斷控制實驗模塊內(nèi)的8255片選和8259片選。存儲器的擴展則為分別擴展16kb的數(shù)據(jù)和16kb的程序存儲器，片選信號分別為74LS138譯碼器譯碼端口的Y4、Y5、Y6、Y7。而各個實驗模塊的片選地址分別為：8253定時計數(shù)實驗模塊片選地址0000h、8255并行I/O接口實驗模塊片選地址2000h、8259中斷控制實驗模塊片選地址4000h和6000h、數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為偶體10000h-13fffh和奇體18000h-1bfffh、程序存儲器的尋址范圍為偶體14000h-17fffh和奇體1cfffh-1ffffh。

圖1 原理圖設計

1.2 軟件設計

軟件設計方案為針對每個實驗模塊分別制定程序，程序制定完成后，可以修改相應參數(shù)改變每個實驗模塊的輸入輸出結果。

8253的控制字與初始化編程，對通道0所賦值為00110110，流程圖如圖2所示.

圖2 8253流程圖

分析片選信號的地址，由于該設計方案中，8253片選信號端口所連接的是8086地址譯碼器譯碼端的Y0，，故模塊中用到的8253的地址為0000h，具體方式見表1。

表 1 8253模塊片選地址

8255A可編程初始化，通過工作模式控制字的定義將三個端口定義為不同的組合方式10000000h，流程圖如圖3所示。

圖3 8255流程圖

分析片選信號的地址，由于該設計方案中，8255片選信號端口所連接的是8086地址譯碼器譯碼端的Y1，故模塊中用到的8253的地址為2000h，具體方式見表2。

表 2 8255模塊片選地址

8259A編程包括程序初始化程序和工作方法兩部分，首先是寫入ICW1，本文中的ICW1=00010011b，接下來就是寫入ICW2。本文寫入的ICW2=01100000b，然后就是寫入ICW4。本文寫入的ICW4=00011011，流程圖如圖4所示。

圖4 8259流程圖

分析片選信號的地址，由于該設計方案中，8255片選信號端口所連接的是8086地址譯碼器譯碼端的Y2，從該中斷實驗設計的片選方式可以看出，該模塊中用到的8255的地址為4000h，8259的地址為6000h，具體方式見表3。

表3 8259模塊片選地址

存儲器擴展了16k數(shù)據(jù)存儲器和16k程序存儲器，部分程序如下：

MOV CX，0064H； 循環(huán)100次

MOV DX，0000H； 置初值

MOV BX，9000H；

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

尋址范圍如表4所示：

表 4 RAM與ROM模塊地址尋址范圍

1.3 仿真結果

當進行8253實驗操作時，在Proteus仿真軟件上，裝載8253的程序，運行程序即可驗證8253的定時/計數(shù)功能，通過修改程序參數(shù)，即可改變實驗要求，運行程序，再次驗證實驗結果。在該實驗平臺上，適當修改參數(shù)即可再次驗證另一組實驗，更加方便快捷。

由軟件編寫參數(shù)得到如下結果，示波器的A口也就是OUT0口輸出波形為周期為1ms，占空比為1：1的矩形方波。示波器的B口也就是OUT1口輸出波形為周期為6ms，占空比為5：1的矩形方波。示波器的D口也就是OUT2口輸出波形為周期為51ms，占空比為50：1的矩形方波。Proteus仿真結果圖示波器的A口如圖5所示。

圖5 8253A OUT0口輸出波形仿真圖

當進行8255實驗操作時，在Proteus仿真軟件上，裝載8255A的程序，運行程序，即可驗證8255并行I/O接口實驗，由程序編寫設置，數(shù)碼管的顯示為19910815。實驗仿真結果如圖6所示。修改程序參數(shù)可現(xiàn)實任意可顯示的內(nèi)容。

圖6 8255A 數(shù)碼管仿真圖

當進行8259實驗操作時，在Proteus仿真軟件上，裝載8259的程序，運行程序，運行程序后，16個流水燈全部熄滅，當按鍵按下后，流水燈從左往右依次點亮，到最后一個后，又重新執(zhí)行，使得又一次流水燈往復，8259A中斷控制仿真結果圖如圖7所示.

圖7 8259A中斷控制仿真圖

當進行存儲器擴展實驗操作時，在Proteus仿真軟件上，裝載存儲器的程序，運行程序，運行程序后，找到相應的存儲單元看是否寫入的相應的字符串，由于程序的編寫內(nèi)容，從9000H單元開始依次寫入1-100字符。仿真結果如圖8所示。

圖8 RAM、ROM擴展仿真圖

2 綜合實驗平臺的優(yōu)勢

（1）在該大實驗系統(tǒng)下教師和學生可以進行微機原理課程中所有的實驗，這種新的教學思路和方法能深化學生對知識點的綜合理解，能夠激發(fā)學生的創(chuàng)造力和提高學生對軟硬件的綜合開發(fā)能力。

（2）較傳統(tǒng)教學更加注重培養(yǎng)學生的綜合開發(fā)項目的能力，培養(yǎng)了學生對所做試驗方案全面考慮的能力，激發(fā)了學生將課堂所學的零散知識點串聯(lián)起來的熱情，更加能體現(xiàn)出學以致用的效果。

（3）傳統(tǒng)的微機實驗中，雖然能較好的培養(yǎng)學生的動手能力，但是，基礎驗證性實驗比重大，實驗內(nèi)容大都是對理論知識的驗證，不能激發(fā)學生的創(chuàng)新性。而該綜合實驗平臺通過調(diào)用不同程序，直觀的給學生帶來實驗結果的視覺效果，更會激發(fā)學生的CDIO（CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、和運作（Operate））能力。

3 結束語

《微機原理與接口技術》是一門理論和實踐都十分強的課程，該課程的教學也是一個不斷學習和探索的過程。從改革之初的純理論教學加試驗箱實驗教學，到改革之后的引入proteus仿真軟件教學，教學效果有了很大的改善，使得學生的主動性和學習熱情大為提高，但之后的教學過程中又彰顯出問題。實驗內(nèi)容多為驗證性實驗，缺乏創(chuàng)新、思考、設計等能力。本文所提及的綜合實驗平臺能夠很好的解決這一問題。然而本課程的改革任是一項長期艱巨的任務，還需不斷地探索和完善。

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