微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)與實(shí)踐

呂巍 黃蔚 張立明

【摘要】針對微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)在本科生培養(yǎng)的重要性，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)效果方面構(gòu)建了一個(gè)可以激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性的開放式微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

【關(guān)鍵詞】微機(jī)原理 接口技術(shù) 32位微處理器

【Abstract】This paper aims at the importance of microcomputer principle and interface technology experiment on undergraduate education， This paper builds an opening experiment teaching platform which could motivate subjective initiative of undergraduates from three facts designing， guiding ideology of experimental contents， experimental system structure and experimental effectiveness.

【Keywords】microcomputer principle； interface technology； 32-bit microprocessor

【基金項(xiàng)目】吉林大學(xué)微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)（項(xiàng)目編號(hào)：S2012-51）。

【中圖分類號(hào)】TP311 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）11-0251-01

微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)是通過理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)使學(xué)生具備基本的微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，維護(hù)與軟硬件開發(fā)的能力。由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，以Intel 80×86（32位）高級(jí)微處理器為核心、Windows操作系統(tǒng)為主流應(yīng)用環(huán)境的微機(jī)系統(tǒng)日益普及，基于此類微機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用性開發(fā)也隨之不斷增加。為了順應(yīng)這樣的變化，提出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的實(shí)踐，努力做到“倡導(dǎo)啟發(fā)式、探索式、討論式、參與式教學(xué)”， 培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)需求的人才隊(duì)伍。

1.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體框架

1.1 硬件構(gòu)成

（1）采用嵌入式單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：

Intel i386EX CPU， 最高處理速度：24MHz，32位

RAM/ROM 存儲(chǔ)容量：128K（RAM），128K（ROM）

PC104總線接口

（2）采用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供全開放的80×86系統(tǒng)擴(kuò)展總線，具有80×86微機(jī)時(shí)序的16位數(shù)據(jù)總線（XD0-XD15）、地址總線（XA1-XA20）和中斷請求信號(hào)INTR、DMA控制信號(hào)HOLD/HLDA、存儲(chǔ)器讀寫控制信號(hào)MWR/MRD，存儲(chǔ)器高位字節(jié)使能信號(hào)BHE/BLE等總線信號(hào)。

（3）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上具有全開放的接口實(shí)驗(yàn)電路：16位存儲(chǔ)器（62256二片）、8237、8254、時(shí)鐘源（18.4K/184K/1.84M）、LED點(diǎn)陣顯示、直流風(fēng)扇及溫度控制電路等。

（4）擴(kuò)展電路單元：

具有集成電路擴(kuò)張插座。

可選配128？鄢64點(diǎn)陣圖形LCD、CAN總線通信、紅外通信等應(yīng)用模塊。

可選配TD-51開發(fā)板，全面支持51單片機(jī)應(yīng)用和開發(fā)。

1.2軟件構(gòu)成

（1）具有在Windows2000/XP系統(tǒng)中的80×86微機(jī)調(diào)試開發(fā)軟件，該軟件可支持80×86指令的匯編語言或C語言的源語言級(jí)編程和調(diào)試，具有16位寄存器和32位寄存器狀態(tài)切換，具有匯編語言和C語言選擇，具有單步、跳過、斷點(diǎn)、連續(xù)、變量跟蹤等調(diào)試手段，可高水平地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)程序的動(dòng)態(tài)調(diào)試，全面支持80×86實(shí)模式和保護(hù)模式程序的調(diào)試和開發(fā)，支持實(shí)模式和保護(hù)模式下的多中斷源實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)、DMA應(yīng)用實(shí)驗(yàn)等。

（2）具有虛擬示波器功能界面和控制應(yīng)用實(shí)驗(yàn)專用圖形界面。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的指導(dǎo)思想

在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想上，建設(shè)思路是減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、研究性和自助式實(shí)驗(yàn)。結(jié)合《微機(jī)原理與接口技術(shù)》等相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，擬在實(shí)驗(yàn)中建立32位微機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。可以將教學(xué)的內(nèi)容分為微機(jī)原理和微機(jī)接口技術(shù)兩部分。微機(jī)原理旨在從更高層次上學(xué)習(xí)和掌握80×86微機(jī)原理，重點(diǎn)講清32位微處理器的實(shí)模式、保護(hù)模式和虛擬86模式的工作機(jī)制，特別是32位微處理器保護(hù)模式的學(xué)習(xí)。包括了CPU在保護(hù)模式下操作的各種應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)管理、中斷異常處理和任務(wù)管理。由于32位微機(jī)接口技術(shù)與現(xiàn)代PC機(jī)密切相關(guān)，可以從圍繞PC機(jī)內(nèi)部構(gòu)成原理及常用接口芯片的使用和PCI總線技術(shù)及應(yīng)用來開展。主要學(xué)習(xí)對微機(jī)資源的基本操作和常用接口芯片的編程應(yīng)用，以及PCI總線的應(yīng)用擴(kuò)展和在Windows下開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方法。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，配備Windows下的匯編和C源語言調(diào)試界面，具有16位寄存器和32位寄存器狀態(tài)切換，具有匯編語言和C語言選擇，具有單步、跳過、斷點(diǎn)、連續(xù)、變量跟蹤等調(diào)試手段，可以高水平的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)程序的動(dòng)態(tài)調(diào)試，全面支持80×86實(shí)模式和保護(hù)模式原理及接口技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。選擇了單片機(jī)和微機(jī)均能控制的題目，即一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目均可采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)手段。這樣，不僅節(jié)約了資金和設(shè)備，而且又開闊了學(xué)生的思路，加強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)與綜合實(shí)踐能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

（1）通過每屆500多學(xué)生，每學(xué)期48學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)訓(xùn)練，讓每個(gè)學(xué)生融合所學(xué)的計(jì)算機(jī)理論知識(shí)，掌握計(jì)算機(jī)接口與控制電路的設(shè)計(jì)與分析的基本技能，能夠具備電路設(shè)計(jì)、工程應(yīng)用及程序的編制能力。為深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制與應(yīng)用、嵌入式等后續(xù)實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深對微機(jī)原理的理解并養(yǎng)成學(xué)生獨(dú)立思考，運(yùn)用理論知識(shí)分析問題和解決問題的能力。自主查詢目前較為先進(jìn)器件的使用方法和分析其原理，對提前完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，建立優(yōu)秀學(xué)生檔案，保存優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)程序，實(shí)驗(yàn)教師再單獨(dú)指派實(shí)驗(yàn)題目并可參加科研項(xiàng)目研發(fā)。

4.結(jié)束語

只有不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革，將理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，從單一的傳授理論知識(shí)向培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決設(shè)計(jì)問題能力的轉(zhuǎn)變，將有代表性、先進(jìn)性、實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)貫穿于培養(yǎng)過程。才能不斷提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生自身素質(zhì)，把高校變成培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要基地。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚琳.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2010.

[2]謝顯中.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2011.