Proteus仿真軟件在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1、Proteus 仿真軟件在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教 學(xué)中的應(yīng)用0 引 言 微機(jī)原理與接口技術(shù)是我國高校工科電類專業(yè)的重要專業(yè) 基礎(chǔ)課， 是培養(yǎng)學(xué)生具有微機(jī)軟、 硬件設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力及工程意 識和工程素養(yǎng)的必修課， 也是學(xué)生今后從事智能控制和微機(jī)開發(fā) 的重要入門課程，其教學(xué)質(zhì)量的好壞，直接影響學(xué)生的就業(yè)。該 課程內(nèi)容主要包含匯編編程和接口兩大部分， 理論性和實(shí)踐性都 很強(qiáng)且很抽象，特別是接口部分，不同芯片的引腳數(shù)目多，工作 方式也較復(fù)雜， 學(xué)生需通過親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)才能理解和掌握。 目前 普通高校的很多學(xué)生感覺該課程較難學(xué)習(xí)， 對接口芯片缺乏感性 認(rèn)識，面對實(shí)驗(yàn)設(shè)備望而生畏， 對具體的實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目不

2、知如何下 手。另外，由于硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備所固有的結(jié)構(gòu)固定、資源有限、高 成本、高損耗、 低壽命等缺點(diǎn)， 使部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足。 因此， 如何改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，是該課 程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的一個(gè)重要課題。1 Proteus+EMU8086 仿真實(shí)驗(yàn)平臺2 Proteus 仿真 8086 CPU 性設(shè)置8086 CPU有最大和最小兩種工作模式， Proteus仿真8086 僅支持最小模式，因?yàn)?Proteus 本身沒有給 8086 提供編譯器和 內(nèi)存貯器，所以需要做一些設(shè)置，如 8086 的時(shí)鐘、內(nèi)存的起始 地址和大小、外部程序加載到內(nèi)存的地址段等。圖 1是 Proteus

3、為 8086 CPU 設(shè)置屬性的界面。3 Proteus 仿真實(shí)例3.1 功能描述通過 16 個(gè) button 構(gòu)成 4x4 的 16 位矩陣鍵盤和一個(gè) 7 段數(shù) 碼管構(gòu)成的簡單輸入顯示系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤的輸入與數(shù)碼管的 顯示相對應(yīng)。即 16（0-15 ）個(gè)鍵盤的輸入對應(yīng)在數(shù)碼管上顯示 16進(jìn)制數(shù)中的0-F這16個(gè)數(shù)字符號。3.2 原理圖設(shè)計(jì)3.2.1 8086 最小模式默認(rèn)電路在Proteus仿真8086最小模式電路中，RESET固定接低電 平表示不復(fù)位，READ澗定接高電平表示外部設(shè)備始終就緒，?|固定接高電平表示采用最小模式；其他 AD0-15 、A16-19 、ALE、? 、? 、?

4、| 等信號直接引出，以用于擴(kuò)展使用。3.2.2 原理圖設(shè)計(jì)4x4鍵盤原理圖設(shè)計(jì)主要包含 CPU鍵盤電路、顯示電路三 大模塊，如圖2所示，其中CPU模塊由8086 CPU兩片地址鎖 存器74HC373邏輯和一片74HC138譯碼電路構(gòu)成；鍵盤電路 4x4 的矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)按鍵輸入，由C口的低四位和高四位分別連接4x4 鍵盤的行、列信號線實(shí)現(xiàn)；顯示模塊由 7 段數(shù)碼管構(gòu)成，數(shù) 碼管采用靜態(tài)共陰接法。74LS138的4個(gè)引腳El、C、B、A分別 與其中一片 74HC373輸出的 A15、A14、A13、A12相連，8255A 的CS與74LS138的Yo相連。這樣，所形成的8255A的4個(gè)端口 地址就

5、分別為： 8000H、 8002H、 8004H、 8006Hn8086CPU勺外部數(shù)據(jù)總線為16條，其中數(shù)據(jù)總線的低 8位 總對應(yīng)一個(gè)偶地址，高8位總塒應(yīng)一個(gè)奇地址。在8255A和8086 CPU相連時(shí)，若將8255A的數(shù)據(jù)線D7Do接到8086CPL數(shù)據(jù)總 線低8位上時(shí)，從CPU!度看，要求8255A的端口地址應(yīng)為偶地 址，這樣才能保訌E對8255A的端口讀/寫能在一個(gè)總線周期內(nèi) 完成；故將8255A的A1和Ao分別與8086數(shù)據(jù)總線的A2和A1 對應(yīng)相連，而將8086地址總線的A0總設(shè)為0。Proteus也遵從 這樣的規(guī)定，所以，所形成的8255A的端口地址為4個(gè)相鄰的偶 地址。3.3

6、軟件設(shè)計(jì)8255A的初始化方式控制字為 88（A 口方式0輸出，PCO-PC3 方式O輸出，PC4-PC7方式0輸入）。程序整體上采用查詢傳送方式， 通過不斷掃描鍵盤、 讀取鍵 碼、換算鍵值，最終通過顯示模塊讀出結(jié)果，如果讀出的鍵碼非 法，則重新掃描。在源程序中，行號存放于BX中，按鍵掃描時(shí)，若BX=O表示掃描第一行，第一行輸出低電平（PCo置 0）;行值存放于AL的低四位，列值存放于AL的高四位，讀出列值后若 都為高電平，則表明無鍵按下；若其中有低電平時(shí)，再比較判斷 其為AL的高四位（用3、2、1、0值代替）中的哪一位，判斷出 是哪一位后，再將 AL置為對應(yīng)位的值（即為列號）；將 BX+I后

7、 的結(jié)果值回送BX繼續(xù)掃描下一行，依此類推，掃描16個(gè)按鍵。 源程序中的鍵值定義如下：TABLEDBOCO，HOF9H， OA4H， OBO，H 99H， 92H， 82H， OF8H， 80H， 90H， 88H， 83H， OC6HOAIH 86H, 8EH;0-F間的16個(gè)16進(jìn)制數(shù)字TABLE變量的偏移地址存放于 DI中，通過行列號計(jì)算得出 鍵值。鍵值的計(jì)算方法為：鍵值 二行號（在BL中）X4+列號（在 AL中）。最后將鍵值送給BL,將DI所指向的內(nèi)容與BL內(nèi)容相 加后的值賦給寄存器AL,然后通過8255A的A 口輸出在數(shù)碼管 上對應(yīng)顯示鍵值。3.4 仿真調(diào)試與運(yùn)行在 Proteus

8、中通過“ Build ALL ”匯編、連接生成可執(zhí)行文 件后，再點(diǎn)擊窗口左下角的運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入仿真狀態(tài)。當(dāng)按 下某一按鍵時(shí)， 7 段數(shù)碼管顯示其對應(yīng)的 16 進(jìn)制形式的按鍵值。 圖3和圖4為分別按下“ 0”鍵和“ F”鍵時(shí)的對應(yīng)顯示結(jié)果仿真 圖。4 教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與體會通過教學(xué)實(shí)踐，在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程中引入 Proteus 仿真實(shí)驗(yàn)可帶來以下好處。（ 1 ） Proteus 操作簡單， 使用和調(diào)試都很方便。 在 Proteus 中設(shè)計(jì)的原理圖可以自由分配接口芯片的端口地址， 這能很好地克服實(shí)物實(shí)驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)固定、 資源有限的缺點(diǎn)， 讓學(xué)生真正有做硬 件的感覺，同時(shí)，所提供的示波器、邏輯分析

9、儀、信號發(fā)生器等 虛擬儀器可用于課程的相關(guān)應(yīng)用中，便于開發(fā)一些實(shí)用系統(tǒng)。（ 2）Proteus 臺節(jié)節(jié)約成本，開放性好。 Proteus 不僅避免 了實(shí)物實(shí)驗(yàn)箱價(jià)格昂貴、 易損壞等缺點(diǎn)， 而且還克服了由于實(shí)物 實(shí)驗(yàn)箱是成品， 學(xué)生很難參與其中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和擴(kuò)展設(shè)計(jì)不足問 題，學(xué)生可以不受任何時(shí)間和空間的限制， 充分發(fā)揮自己的想象 和思維，自己搭建硬件和編寫程序，進(jìn)行綜合創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。（3） Proteus 能提高教學(xué)效果并增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。?過 Proteus ，教師一方面可以在課堂上邊講解理論知識，邊進(jìn)行 實(shí)例演示，并針對性地展示各基本模塊的硬件連線和軟件控制方 法，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，給學(xué)生以直觀的認(rèn)知，啟發(fā)了學(xué)生 的思維；另一方面，通過教學(xué)研究， 可對知識點(diǎn)進(jìn)行拆分和綜合， 可以設(shè)計(jì)出基于 Proteus 仿真的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和綜合實(shí)訓(xùn)課題。 這些 都能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并加深對課程知識點(diǎn)的理解， 還能 容納一些新知識和內(nèi)容， 給教學(xué)實(shí)踐帶來很多新思路和方法， 大 大增強(qiáng)教學(xué)效果。我們還應(yīng)該認(rèn)識到， Proteus 畢竟是一個(gè)仿真軟件，通過其 仿真實(shí)驗(yàn)與在實(shí)物實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)還是有差別的。 實(shí)際電路運(yùn)行時(shí) 表現(xiàn)出的各種電氣特征由芯片、元器件、電路連線、運(yùn)行環(huán)境等 多種因素共同決定，而 Proteus 是通過軟件模擬這