生物医学工程是理、工、医相结合的新兴边缘学科，随着人们对健康需求的提高，生物医学工程得到了迅速发展。[1]微机原理课程是生物医学工程的专业基础课之一，是学习后续相关课程的基础，在生物医学工程的专业建设和课程体系建设中占有非常重要的地位。

微机原理课程涵盖了电子电路、计算机语言等课程的许多知识点，并涉及多种芯片，可以说这门课程的知识点多，概念抽象，教学要求高。因此，微机原理课程往往需要配套相应的实验教学环节来增加学生对于课程知识点的认识，提高学生的理解力和实践动手能力。[2]传统实验教学方法多数是利用硬件实验箱来完成，这种模式实验过程单一，限制了学生的主动性和创新性，而且实验项目不能很好地结合专业特点。而利用proteus进行微机原理实验，可以突破实验箱固有实验的限制，增加实验的独创性，从而培养学生的创新性，引起学生的学习兴趣。

一、基于Proteus的实验课程改革目的

Proteus软件是英国Labcenterelectronic公司开发的一款电子设计自动化工具软件，具有丰富的元件库、图表模式、虚拟仪器、仿真模型等资源，可以对电路进行交互式仿真，可以完成对电路的设计、制版及仿真等一系列操作。[3]尤其是借助Proteus软件中的仿真图表、示波器等动态虚拟分析器件，可以实现微机原理的抽象复杂工作原理、存储机制、通讯过程等的展示。实验课程上也可借助Proteus软件实现硬件和软件设计的结合，锻炼学生的实践动手能力，增加实验的独创性和专业性，加深学生对于微机原理中理论知识的认识，提高实验教学效果。

二、基于Proteus的实验课程改革仿真案例分析

作为传统课程实验所使用的实验箱，芯片已经固定，线路也已经规划好，所以实验箱的功能受到极大的限制，实验内容也比较固定，造成实验项目和更新都受到一定限制。[4]而对于Proteus仿真软件而言，为实验课程提供了大量的数模元件库、各种的信号激励源、丰富的虚拟仪器，而且电路搭建的自由性也极大地为学生实验提供了便利。同时，教师也可根据自身的专业特点和日常的项目特征设计更具有代表性和具有可操作性的实验，让学生能够更好地认识微机原理在项目设计中的作用。[5]

本实验案例就是根据生物医学工程的特点，以医学领域暖箱设备为例，要求学生设计一个暖箱温度报警系统，让学生用Proteus完成硬件设计，EMU8086完成软件设计，由8086、8255和DS18B20等芯片共同仿真调试完成，从而让学生认识电路设计应注意的问题，从而对生物医学工程设计有一定的了解。

（一）总体设计方案

系统包括5个部分：控制部分、温度传感部分、显示部分、报警部分、异常开关的部分。各部分相互关系如图所示。

图 硬件设计框图

硬件的设计思路是用8086芯片为CPU设计一款温度报警系统，控制部分主要由8086芯片、8255A接口芯片、74LS138译码器、74HC373锁存器构成，温度信号由DS18B20获取，经过CPU的处理，显示部分由数码显像管显示。8255A的B口和C口的高四位接LED显示屏，C口的低四位作为输入接收异常开关的按键和温度传感器的数据线，把开关信息和温度信息传给CPU处理，处理的结果通过LED显示管显示，或者通过A口的输出端引发报警。其软件流程图如下图所示：

图 软件程序流程图

（二）部分硬件设计

1.显示部分

温度显示是本次设计重要的一部分，在婴儿暖箱的设计中是必不可少的。温度显示的功能让医护人员可以时时了解暖箱温度变化情况，从而做出相应的调整，保证婴儿处于舒适的环境中。本次设计采用的是四位共阴数码显示管，通过与8255的通讯，实时显示暖箱温度。如图所示。

图 数码显示管

2.温度传感器电路设计

本案例中采用的温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司研发出来的，可以用来获取温度。在其内部有复杂的电路结构，实现了包括温度感知、温度转换、数据储存、数据发送等诸多功能，其电路连接图如下图所示。

图 DS18B20硬件图

温度传感器DS18B20将其获取的温度值以数字信号的形式直接输出，以“一线总线”串行方式送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。[6]

3.仿真结果分析

本案例中设定的正常温度范围是28℃～34℃，这个温度范围也符合早产儿或者危重婴儿对于环境的温度要求，当经过转换得到的十进制温度低于28℃或者高于34℃，蜂鸣器就会响起。如下图所示，蜂鸣器由一个三极管作为开关，对于这个三极管这次选择的是PNP型的。