基于PROTEUS平台的微机原理与接口技术实验教学改革与实践

汪波　王庆勇

【摘 要】微机原理与接口技术是属于计算机学科的一门重要的专业课，很多学生都无法准确完成教学目标的要求，如何解决这一难题是我们近几年一直改革的话题。本文就此引入虚拟实验教学平台PROTEUS，来解决此难题，经过改革测试，学生学习效果好，改革成功。

【关键词】接口技术；虚拟平台；实验教学改革

【Abstract】Microcomputer principle and interface technology is belongs to computer science a important specialized courses， many students are unable to accurately complete the requirements of teaching goals， how to solve the problem is we in recent years has been the reform of topic. This paper introduces the virtual experiment teaching platform PROTEUS， to solve this problem， after the reform of the test， the students learning effect is good， the reform is successful.

【Key words】Interface technology； Virtual platform； Experimental teaching reform

0 引言

培养具有工程意识与工程能力，适应我国社会经济发展需要且与国际接轨的工程技术人才，是目前高校特别是工科院校的重要使命和迫切要完成的任务。但就目前我国高等工程教育的总体质量看，在这方面与发达国家相比还有一定的差距，主要表现在工程技术人才的培养模式上普遍还存在重理论轻实践，重知识传授、轻能力培养等问题。

湖北经济学院计算机学科教育中注重复合型、应用型人才的培养，这既是对学校“两有三实”人才培养目标的贯彻和执行，也是对计算机专业传统上鲜明的行业特色的继承和发展。为了促使实验教学工作更加科学和实用，我们以设计新版人才培养方案为契机，通过反复论证和研讨，对计算机专业的实验课程教学进行了整体的规划，提出了虚拟实验教学平台来弥补现实教学环境不足的课程体系。[6-8]

1 目前课程实验教学存在的问题

微机原理与接口技术课程是高校计算机类专业本科生的专业课，课程的特点是内容较抽象，微机的软硬件知识结合紧密、相互渗透，其理论性、实践性、综合性和应用性都很强。而实验课程是培养学生的工程意识、创新精神，提高学生的综合素质方面具有理论教学所不可替代的作用。但就目前实验教学看，普遍还存在有以下问题：

1）基础验证性实验比重大，内容上多偏重于对理论知识的验证，缺乏新颖性和趣味性，与工程实际联系不紧密；设计性和综合应用性实验偏少，且还是要求学生在相对较短的学时内完成，难度较大，收不到应有的教学效果；创新性实验几乎没有。

2）现行的实验教学方式，学生的主体作用得不到很好发挥在实验过程中，学生基本上是按照实验指导书或者是教师的指导，按步就班地连线操作，在实验设备上观察应出现的特定现象等，自己独立思考和设计创新的机会较少。

3）众多院校的实验教学仍以实验箱为主完成实验内容，由于实验箱中的硬件结构基本固定，器件的品种数量扩展困难，而且实验项目也主要是由实验箱生产厂家事先规定，实验内容难以突破实验箱的限制，有些辅助和加深理解理论课内容的项目无法开出，与社会实际相结合的程度也严重不够；而且，实验箱的损坏率较高，维护也不方便。[1-3]

2 实验教学环境模式研究实践

proteus是英国LabCenter Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。该软件的原理图布图、代码调试到CPU与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。8086平台及Poteus、75SP3软件，支持8086微处理器与8255A、8253、8259、8251等接口芯片的系统仿真。在教学方面Proteus是一个巨大的教学资源，可以用于：模拟电路与数字电路的教学与实验；单片机与嵌入系统软件的教学与实验；微控制器系统的综合实验；创新实验与毕业设计；项目设计与产品开发。基于此软件建立“微机原理与接口技术”课的仿真实验平台如同一个设备齐全的的实验室，借助此平台进行实验教学。

在实验内容和形式的组织上采用阶段式多层次式结构，即将实验教学过程分为三个层次进行

1）第一层次是基础入门验证性实验，结合教材中的课后要求实验按部进行，内容主要是简单的IO输入输出，熟悉本实验配置和实验步骤，能够根据流程图编写和调试汇编语言程序，掌握接口芯片各个引脚信号的接线方法。教师指导好学生在规定的实验时间段配套的实验要求，耐心地向学生传授软硬件设计方法，协助学生排除故障，使他们尽快掌握程序调试及故障分析与排除的基本方法和技能，培养学生严谨规范的实验作风，为后续实验奠定基础。

2）第二层次设计综合性实验，是提高阶段，这一阶段主要是提高学生独立思考分析和解决问题的能力因为这时学生已经具备了基本的编程能力，对芯片的硬件接线也有了进一步的认识，自己有能力在已给出的基本接线原理基础上，继续深入一步做一些修改、设计甚至综合。本层实验内容主要结合汇编编程与接口芯片进行譬如利用8253完成输出各种波形的实验，难度也有所提高，需要学生自己设计硬件连线和控制程序加以完成通过做实验，原来在理论上搞不清楚的问题搞清楚了，而且还使用了不同的原理和方法，让学生理解了原理，同时也提高了学生的实践动手能力，充分调动了学生的积极性和激发了他们的学习热情，树立了学生的学习自信心和学习成就感。教师在此阶段启发引导为主，在实验教学过程中发现问题解决问题的思路，鼓励学生相互讨论，在课内规定的时间完成外不进行示范和动手排除实验形式除了，培养学生能够在仿真平台发挥自己的主动性和创造性。

3）第三层次是应用创新性实验，是综合应用阶段，这个阶段是在前两个阶段的基础上，主要结合课程中的各种接口芯片或其他课程中的知识进行多个芯片的综合应用，时间安排在实验教学的后期阶段学生经过了认知解惑和提高的阶段后，已充分掌握了编程方法和技巧，对各种芯片的学习和硬件接线有了深入的理解，迫切希望自己动手设计一个综合性的实验方案，这就产生了自我创新的欲望所以这一阶段就要求学生完成一些应用创新性实验。鼓励学生参加各类的学科竞赛。教师根据往年的竞赛题目结合实验特点设计出题目，学生根据各人的兴趣组队和选题，通过一起讨论自行选题、自行查询资料、自行设计、自行实验和自行整理文件等，整个过程都是学生自己在摸索。教师主要进行技术指导：一是，要把握好学生所选课题的新颖性和实用性；二是，要把握好设计方案和设计方法以及技术资料的查询和技术文件整理方法的介绍，使学生掌握必备的工程技术基础知识，减少人力和物力的浪费，让学生进行积极的思维活动，充分引发了学生的学习兴趣，激发了他们的智慧，有利于学生巩固和加强对基本概念和理论的理解和掌握。

3 实施实验教学具体案例研究

以微机原理与接口技术中的重点难点：定时器/计数器技术8253编程为例，采用的是波形发生器。以8253为I/O接口，设计电路和程序，实现几种波形的产生。学习8253初始化程序设计方法和电路设计方法。练习使用汇编语言控制8253，实现几种波形的产生。

通过仿真平台的实验效果演示，可以清晰的指导程序的运行情况，如果在原始的理解程度上，很难理解此程序，借助于虚拟仿真平台，可以很好的得出运行思路，程序的原理。知道程序是怎样工作的，程序是如何使得电路上产生实际的效果的。虚拟教学平台模式为我们解决以上这些问题提供了很好的方案。我校结合自身条件于2012年开始实行PROTEUS虚拟教学环境模式，经历了四届的验证，效果良好。

【参考文献】

[1]陈涛.教学型本科院校计算机专业实践教学改革研究[J].软件导刊，2013（12）.

[2]程思宁，耿强.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013（7）：94-97.

[3]汪波，孙宝林.对经济院校“计算机科学与技术”本科专业建设的思考[J].计算机教育，2009（22）：24-26.

[4]邹国平.微机原理与接口技术虚拟实验研究[D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库，南昌：南昌大学，2007.

[5]张学军，王阿习.虚拟实验与真实实验整合的进一步探讨[J].现代教育技术，2011，21（2）：132 -135.

[6]桂超，李红艳，戴志锋.基于“卓越工程师”目标的本科人才培养模式研究[J].科技创业，2013 ，11.

[7]李红艳，桂超，汪波， 戴志锋.面向“卓越工程师计划”的独立学院实践教学改革[J].信息通信，2014，06.

[8]戴志锋. IT工程人才校企合作培养机制演进——基于应用型到卓越型的视域[J].教育与教学研究，2014，11.

[责任编辑：杨玉洁]