《微機原理與接口技術》實踐性教學探討

周秋平， 趙群禮

（合肥師范學院計算機系，安徽合肥 230061）

《微機原理與接口技術》實踐性教學探討

周秋平， 趙群禮

（合肥師范學院計算機系，安徽合肥 230061）

通過實驗內容、實驗形式，實驗平臺等幾方面，對微機原理與接口技術實踐性教學進行探討，以期改善課程的教學效果，達到教學目標。

微機原理；接口技術；實驗

《微機原理與接口技術》微機接口是一門理論性和實踐性都很強的課程，知識點覆蓋面非常廣泛，它是我校計算機類、電子類相關專業的重要技術基礎課，也是電子、自動化等專業學生的研究生考試課程。該課程的主要任務是使學生從理論和實踐上掌握微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言程序設計方法、接口電路及硬件電路的連接，建立微機系統的整體概念，為今后進一步學習打好基礎，同時該課程又是后續課程如單片機原理及應用、DSP技術、ARM嵌入式系統等課程的基礎。課程內容由理論教學、實踐教學兩大部分組成，課程體系在知識層面上從基礎到專業，逐漸提升；在知識結構上由點及面到系統，注重加強系統觀念的培養和系統設計方法的訓練。作者根據自己多年教學體會對本課程的實踐教學方面相關問題進行探討。

1 實驗內容探討

微機原理與接口技術實驗課緊緊圍繞該理論課程開設。微機原理與接口技術課程是一般在大三下學期開設，是在學完《數字電路》、《匯編語言》、《計算機組成原理》之后開設的。根據教學大綱，我們認真的研究了教學內容，分析本課程的知識點以及各知識點之間的相互聯系，修訂了實驗教學大綱。本課程的實驗內容主要包括三個部分：

1.1 微機原理部分

微機原理部分實驗內容主要包括8086／ 8088CPU的編程結構（總線接口部件和執行部件）、8086／8088CPU執行指令的過程、8086／8088CPU的兩種工作模式、指令系統與匯編語言程序設計、存儲器與I／O機理的認知等內容，著重幫助學生熟練掌握計算機及其基本組成部分的工作原理和工作機制，訓練和培養學生運用匯編語言編寫應用程序，解決實際問題的能力。

1.2 接口技術部分

接口技術部分實驗包括典型的可編程接口芯片的擴展、性能驗證及輸入輸出應用等內容，主要包括可編程中斷控制器8259、可編程定時器8253、可編程并行通訊接口芯片8255和串行通訊接口芯片8251以及模數（A／D）和數模（D／A）轉換等，著重培養學生應用典型可編程接口芯片和數字電路芯片進行I／O接口設計和擴展的能力。

1.3 綜合應用

綜合應用實驗內容包括多種接口芯片的組合、自動實時控制等方面的內容，著重培養學生綜合應用微機原理和接口技術進行設計、調試微機應用系統的能力，解決實際問題。如：并行接口芯片8255 A與中斷控制器8259 A的組合，學生可通過軟硬件的設計，實現中斷控制方式的并行接口通訊功能。

2 實驗形式

微機原理與接口技術的實驗教學過程主要分為三個層次，循序漸進，逐漸提高學生的實驗分析能力以及創新能力。

2.1 驗證性實驗

驗證性實驗目的是在一個設計完整的實驗框架下驗證結果是否達到原理所描述。同學們按照教師指定的步驟操作，然后觀察實驗結果與已知的結果是否相同。這是基礎實驗，通過此類實驗讓學生對所學內容加深理解。下面以半導體存儲器實驗為例作以說明。

半導體存儲器實驗要讓學生學會存儲器的擴展，我們的實驗箱上有4片6264芯片，每一片6264的容量為8K×8bits，我們要求的容量為8K× 32bits，而就需要把現有的4片6264進行位擴展，得到我們需要的容量。

2.2 綜合性實驗

設計性實驗主要在驗證性實驗的基礎上，告訴學生已知的結果，讓學生自己設計硬件電路，自己編寫軟件，從而得到實驗結果。要培養學生的設計能力和創新能力。

中斷實驗是本課程的綜合性實驗，因為該實驗設計的教學內容包括：中斷的基本原理、中斷的處理過程、8259A中斷控制器芯片的工作原理，DOS功能調用、BIOS功能調用、PCI總線的中斷響應原理。通過該綜合性實驗讓學生對這兒部分的內容加深了解，也讓學生理解這兒部分是如何銜接，理解各自的所處的位置及所具有的功能通過設計性實驗，讓學生知道這門課有什么用途，從而真正對這門課感興趣，當然在設計實驗的過程中，增強了學生的動手能力和思維能力。

2.3 課程設計

在課程的所有理論知識都講授完后，一定要開展相應的課程設計，課程設計實踐能夠使學生進步加深對專業知識和理論知識學習的認識和理解，使學生的設計水平和對所學的知識的應用能力以及分析問題、解決問題的能力得到全而提高。綜合性實驗的目的是要將學過的主要功能部件有機地組合起來，形成一個具有一定實際意義的整體，使學生掌握微機系統整合的基本方法。為此我們可以針對實驗室現有的條件，設計如下綜合性實驗例題：

題目采用的是8255 A、數碼管、按鍵開關和撥位開關組成的一個簡單的倒計時器。電路具有時間顯示功能，能在一位數碼管上從9開始遞減，每隔1秒鐘，計時器減1。有外部開關能控制其暫停、復位，在倒計時為零時發出聲光警報，如圖1所示。

圖1 綜合性實驗例題

3 實驗手段的探討

目前我們的《微機原理與接口技術》實驗箱是DICE－8086K系列微機原理接口實驗箱。本實驗儀以8／16位CPU中心，支持聯機與脫機二種工作方式。系統擴展有EPROM，把所有實驗程序都固化在該片中。在PC機上調試實驗軟件也可傳入實驗箱運行。

從學科發展來說，本課程內容已逐步向CPU32／64位發展。同時本儀器也存在硬件結構落后、用匯編語言編寫一些較為復雜的系統時不太容易實現的一些缺陷。為此我們需要對實驗手段進一步改進。

3.1 更新實驗硬件平臺

為了保證學生及時了解學科發展前沿以及本學科的最新技術，拓寬知識面。實驗引進先進技術，建立新技術發展平臺，進行信息化建設，提高學生的學習效率和學習效果，實驗教學新技術平臺內容。

為了加強學生的動手能力、分析問題和解決實際問題的能力，應實驗箱主板設計成母板形式，在實驗主板上僅安排地址、數據、控制線，而地址譯碼、控制邏輯的產生、具體的接日電路則設計成不同的模塊。X 86的主板提供ISA總線（數據總線、地址總線、控制總線）信號。這樣的主板強化了接口電路的設計是以總線擴展為基礎的概念。學生在實驗時，通過選擇不同的模塊，完成地址譯碼、控制邏輯的設計并在主板上實現相互連接來完成實驗。使接口電路的設計具有更大的靈活性。

另外，微機原理的實驗平臺應支持在32／64位PC微機上的編程、調試軟件構成。學生可以通過該平臺進行32／64位微機實模式和保護模式下的實驗程序編制、運行及調試。實驗系統應分為基本接口和高級接口應用兩部分，用于支持接口應用學習。實驗系統還應為學生提供了一個仿真ISA接口，學生可以基于該接口學習常用接口芯片的編程及應用，也可以直接針對特定應用的需要設計接口電路和時序邏輯。

3.2 建立軟件試驗平臺

微機接口仿真實驗系統不僅通過將硬件實驗平臺軟件化來有效解決各院校普遍存在的實驗保障等實際困難，而且與硬件實驗平臺相比還具有其獨特的功能，在開放性方面尤為突出。仿真實驗系統是計算機技術和仿真技術、多媒體技術發展的必然產物。建立軟件試驗平臺不僅有仿真實驗的功能，還要有輔助的網上實驗教學功能，從而使該系統具有更高的推廣使用價值，發揮出最大的教學效益。這里我們以Keil仿真軟件調試程序和Proteus電路分析與實物仿真軟件為例。

Keil仿真軟件調試程序集成開發環境是基于Windows系統的單片機軟件開發平臺。集編輯、編譯、仿真于一體。在學習指令系統及匯編語言編程時可以用Keil仿真軟件進行匯編程序的編輯、編譯及單步跟蹤調試，可以實時查看指令執行后相關的寄存器和存儲單元內容，加深對指令執行過程的理解，驗證程序設計的正確性。

Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。其最大的優點在于能夠完美地對CPU及外圍電路進行虛擬仿真。支持原理圖設計，且可以與Kei1集成開發環境連接，將用匯編或C語言編寫的程序編譯好之后，加載到用Proteus設計的硬件系統上，進行系統軟、硬件仿真聯調。Proteus還提供許多模擬的調試設備，如數字萬用表、數字示波器及邏輯分析儀等等。學生只需一臺電腦，裝上軟件即可對項目實施的每個環節以及最終的完整系統軟硬件調試。

4 結束語

微機原理與接口技術是理論性很強的課程，而要學好這門課，必須重視實驗教學。我們這里僅從實驗教學的內容、實驗形式和實驗手段三個方面進行了探討。實際上，實驗教學是個復雜的過程，除本文所討論的問題外，還涉及到實驗課的組織，實驗課的教學方法，實驗課的成績評定等一系列問題，限于篇幅未能一一涉及。

［1］ 李永亮，劉雅琴.微機原理與接口技術實驗課教學［J］.軟件導刊，2010，3：193－194.

［2］ 彭文竹.淺析微機原理與接口技術實驗教學改革［J］.中國高新技術企業.2009：187－188.

［3］ 楊翠微，俞承芳，等.電子信息類專業“微機原理與接口實驗”教學探討［J］.電氣電子教學學報，2005（1）：85－87.

［4］ 孫洪濤.微機原理實驗教學改草的研究與探索［［J］.中國石油大學勝利學院學報，2008（3）：74－75.

A Probe into Practical Teaching ofMicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology

ZHOU Qiu－ping， ZHAO Qun－li
（DepartmentofComputerScienceandTechnology，HefeiNormalUniversity，Hefei230061，China）

The practical teaching ofMicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnologyis discussed including the experiment content，the experiment method，and the experiment platform，so as to improve the course teaching and realize the teaching goals.

microcomputer；interface technology；experiment

G642

B

1674－2273（2011）06－0062－03

2011－10－08

周秋平（1957－），男，合肥師范學院計算機科學與技術系副教授；趙群禮（1975－），男，合肥師范學院計算機科學與技術系教師。