Proteus仿真软件在微机原理与接口技术课程实验教学中的应用

1、Proteus 仿真软件在微机原理与接口技术课程实验教 学中的应用0 引 言 微机原理与接口技术是我国高校工科电类专业的重要专业 基础课， 是培养学生具有微机软、 硬件设计与应用能力及工程意 识和工程素养的必修课， 也是学生今后从事智能控制和微机开发 的重要入门课程，其教学质量的好坏，直接影响学生的就业。该 课程内容主要包含汇编编程和接口两大部分， 理论性和实践性都 很强且很抽象，特别是接口部分，不同芯片的引脚数目多，工作 方式也较复杂， 学生需通过亲自动手实验才能理解和掌握。 目前 普通高校的很多学生感觉该课程较难学习， 对接口芯片缺乏感性 认识，面对实验设备望而生畏， 对具体的实验或项目不

2、知如何下 手。另外，由于硬件实验设备所固有的结构固定、资源有限、高 成本、高损耗、 低寿命等缺点， 使部分学校实验设备不足。 因此， 如何改善实验环境，激发学生学习兴趣，提高教学效果，是该课 程实验教学改革中的一个重要课题。1 Proteus+EMU8086 仿真实验平台2 Proteus 仿真 8086 CPU 性设置8086 CPU有最大和最小两种工作模式， Proteus仿真8086 仅支持最小模式，因为 Proteus 本身没有给 8086 提供编译器和 内存贮器，所以需要做一些设置，如 8086 的时钟、内存的起始 地址和大小、外部程序加载到内存的地址段等。图 1是 Proteus

3、为 8086 CPU 设置属性的界面。3 Proteus 仿真实例3.1 功能描述通过 16 个 button 构成 4x4 的 16 位矩阵键盘和一个 7 段数 码管构成的简单输入显示系统， 实现矩阵键盘的输入与数码管的 显示相对应。即 16（0-15 ）个键盘的输入对应在数码管上显示 16进制数中的0-F这16个数字符号。3.2 原理图设计3.2.1 8086 最小模式默认电路在Proteus仿真8086最小模式电路中，RESET固定接低电 平表示不复位，READ澗定接高电平表示外部设备始终就绪，?|固定接高电平表示采用最小模式；其他 AD0-15 、A16-19 、ALE、? 、? 、?

4、| 等信号直接引出，以用于扩展使用。3.2.2 原理图设计4x4键盘原理图设计主要包含 CPU键盘电路、显示电路三 大模块，如图2所示，其中CPU模块由8086 CPU两片地址锁 存器74HC373逻辑和一片74HC138译码电路构成；键盘电路 4x4 的矩阵键盘实现按键输入，由C口的低四位和高四位分别连接4x4 键盘的行、列信号线实现；显示模块由 7 段数码管构成，数 码管采用静态共阴接法。74LS138的4个引脚El、C、B、A分别 与其中一片 74HC373输出的 A15、A14、A13、A12相连，8255A 的CS与74LS138的Yo相连。这样，所形成的8255A的4个端口 地址就

5、分别为： 8000H、 8002H、 8004H、 8006Hn8086CPU勺外部数据总线为16条，其中数据总线的低 8位 总对应一个偶地址，高8位总埘应一个奇地址。在8255A和8086 CPU相连时，若将8255A的数据线D7Do接到8086CPL数据总 线低8位上时，从CPU!度看，要求8255A的端口地址应为偶地 址，这样才能保讧E对8255A的端口读/写能在一个总线周期内 完成；故将8255A的A1和Ao分别与8086数据总线的A2和A1 对应相连，而将8086地址总线的A0总设为0。Proteus也遵从 这样的规定，所以，所形成的8255A的端口地址为4个相邻的偶 地址。3.3

6、软件设计8255A的初始化方式控制字为 88（A 口方式0输出，PCO-PC3 方式O输出，PC4-PC7方式0输入）。程序整体上采用查询传送方式， 通过不断扫描键盘、 读取键 码、换算键值，最终通过显示模块读出结果，如果读出的键码非 法，则重新扫描。在源程序中，行号存放于BX中，按键扫描时，若BX=O表示扫描第一行，第一行输出低电平（PCo置 0）;行值存放于AL的低四位，列值存放于AL的高四位，读出列值后若 都为高电平，则表明无键按下；若其中有低电平时，再比较判断 其为AL的高四位（用3、2、1、0值代替）中的哪一位，判断出 是哪一位后，再将 AL置为对应位的值（即为列号）；将 BX+I后

7、 的结果值回送BX继续扫描下一行，依此类推，扫描16个按键。 源程序中的键值定义如下：TABLEDBOCO，HOF9H， OA4H， OBO，H 99H， 92H， 82H， OF8H， 80H， 90H， 88H， 83H， OC6HOAIH 86H, 8EH;0-F间的16个16进制数字TABLE变量的偏移地址存放于 DI中，通过行列号计算得出 键值。键值的计算方法为：键值 二行号（在BL中）X4+列号（在 AL中）。最后将键值送给BL,将DI所指向的内容与BL内容相 加后的值赋给寄存器AL,然后通过8255A的A 口输出在数码管 上对应显示键值。3.4 仿真调试与运行在 Proteus

8、中通过“ Build ALL ”汇编、连接生成可执行文 件后，再点击窗口左下角的运行按钮，系统进入仿真状态。当按 下某一按键时， 7 段数码管显示其对应的 16 进制形式的按键值。 图3和图4为分别按下“ 0”键和“ F”键时的对应显示结果仿真 图。4 教学实践经验与体会通过教学实践，在微机原理与接口技术课程中引入 Proteus 仿真实验可带来以下好处。（ 1 ） Proteus 操作简单， 使用和调试都很方便。 在 Proteus 中设计的原理图可以自由分配接口芯片的端口地址， 这能很好地克服实物实验箱结构固定、 资源有限的缺点， 让学生真正有做硬 件的感觉，同时，所提供的示波器、逻辑分析

9、仪、信号发生器等 虚拟仪器可用于课程的相关应用中，便于开发一些实用系统。（ 2）Proteus 台节节约成本，开放性好。 Proteus 不仅避免 了实物实验箱价格昂贵、 易损坏等缺点， 而且还克服了由于实物 实验箱是成品， 学生很难参与其中的细节设计和扩展设计不足问 题，学生可以不受任何时间和空间的限制， 充分发挥自己的想象 和思维，自己搭建硬件和编写程序，进行综合创新性设计。（3） Proteus 能提高教学效果并增强学生的实验能力。通 过 Proteus ，教师一方面可以在课堂上边讲解理论知识，边进行 实例演示，并针对性地展示各基本模块的硬件连线和软件控制方 法，做到理论与实践相结合，给学生以直观的认知，启发了学生 的思维；另一方面，通过教学研究， 可对知识点进行拆分和综合， 可以设计出基于 Proteus 仿真的实验项目和综合实训课题。 这些 都能大大激发学生的学习热情并加深对课程知识点的理解， 还能 容纳一些新知识和内容， 给教学实践带来很多新思路和方法， 大 大增强教学效果。我们还应该认识到， Proteus 毕竟是一个仿真软件，通过其 仿真实验与在实物实验箱上实现还是有差别的。 实际电路运行时 表现出的各种电气特征由芯片、元器件、电路连线、运行环境等 多种因素共同决定，而 Proteus 是通过软件模拟这