微机原理与接口技术实践教学过程和内容的改革与探索

王晓萍　刘玉玲　陈惠滨　梁宜勇　齐杭丽

摘要 介绍微机原理与接口技术课程实践教学过程和内容的改革与尝试，从实验过程的实验预习与准入、软件仿真实验、硬件连接与调试实验的3个阶段，以及实验内容的验证型、设计型、综合型3个层次3个水平，来构建课程的实践教学体系，从而提高课程实践环节在学生综合运用能力和创新能力培养过程中的作用。

关键词 微机原理与接口技术；实践教学体系；验证型实验；设计型实验；综合型实验

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1671-489X（2009）12-0039-02

Reform and Exploration in Principle and Interface Technology of Microprocessors Course Experimental Teaching//Wang Xiaoping, Liu Yuling, Chen Huibin, Liang Yiyong, Qi Hangli

Abstract The reform and exploration of “Principle and Interface Technology” course experimental teaching is introduced in this paper. The experiment teaching system includes three stages and three level experiments. The three stages are experiments preparation, software simulation and hardware debugging; the three level experiments include validation experiments, design experiments and comprehensive experiments. This mode is more effective in enhancing students innovation ability and comprehensive quality.

Key words principle and interface technology of microprocessors；experiment teaching system；validation experiments；design experiments；comprehensive experiments

Authors address Department of Optical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027

1 引言

微机原理与接口技术是非计算机专业理工科学生的必修课，课程内容兼顾软件和硬件2个方面，包括了计算机的基本工作原理、系统组成，接口技术及应用，具有概念多、内容抽象和实践性强等特点。因此如何利用有限的实验学时数，培养学生的动手能力、综合应用知识能力，激发学生的学习主动性和创新意识，是实践教学面临的一个重要课题。通过对微机原理与接口技术实践过程和内容的改革与探索，形成了实验过程三步骤和实验内容三层次的实践教学体系，努力提高学生综合运用知识能力和实践创新能力。

2 改革实验过程，提高实验课效率

结合理论教学内容的讲授进度，提出了实验预习与准入、软件设计实验、硬件连接与调试实验的3个实验进程安排，对于不需要实验开发系统的软件设计实验，布置相关汇编语言程序设计与调试内容让学生在自己的电脑上进行，并要求在课程网站上进行实验准入题的测试（实验准入题是与实验内容、仿真环境等有关的题目），只有通过测试的学生才能在网上提交软件实验报告，有效地节省了实验课时。为使学生能够独立运用仿真软件和开发环境，顺利开展软件实验，除在课程网站上发布KeilC51相关软件和使用说明等资料外，还将KeilC51仿真软件的使用方法拍成录像，供学生学习和下载。使学生运用自己的电脑完成汇编程序设计与调试的全部软件实验，而让有限的实验学时数全部用于需要实验开发系统的硬件实验。

3 改革实验内容，提高实践教学效果

实验教学是整个教学体系中不可忽视的重要环节，改革实验内容不仅是要加深对理论知识的理解，而是、且要进一步加强理论与实践的结合，培养学生的科学思维和创新意识，提高学生的动手能力和综合素质。为适应“创新型人才培养”的要求和计算机技术的迅速发展，在实验体系上形成由软件实验、硬件基础实验、硬件设计实验和硬件综合实验的结构模式；在实验内容上，对于每一类实验构建验证型、设计型和综合型3个层次、3个水平体系结构，努力做到由浅入深，从基础知识理解到综合能力培养，并与时俱进地增加实验内容，更新实验项目。下面以3个实验为例进行具体介绍。

3.1 软件实验中的内存操作实验内存操作实验主要包括采用各种寻址方式的内存传送指令实验、内存拷贝实验、外部RAM读写实验等。验证型实验内容为：1）通过各种寻址方式的数据传送类指令的阅读及实验验证，让学生对指令的各种寻址方式有更深入的理解；2）利用传送类指令实现内部RAM之间的数据块拷贝的程序阅读及验证，让学生掌握传送类指令的运用和程序的编写；3）利用传送类指令实现内部RAM与外部XRAM之间的数据块拷贝的程序阅读及验证，让学生对外部XRAM的传送类指令的应用有更深入的理解和掌握。设计型实验内容为：实现内部RAM与外部XRAM之间的数据块逆序拷贝及外部XRAM的数据逆序交换等实验内容。综合实验内容的设计是让学生在做完以上2个层次实验的基础上进行选做。以基础型实验及设计型实验为铺垫，提出灵活性和复杂度更高的实验内容，设计并讨论采用R0、R1与采用DPTR对外部XRAM寻址的区别，设计程序实现对4×4矩阵进行逆置。

虽然数据传送类指令较为简单，但是对于其应用未必能给学生留有深刻的印象，以上实验内容囊括了各种寻址方式的运用和对各种内存的访问方式和程序设计，使得学生能够更深入透彻地理解数据传送类指令及其高级应用。

3.2 硬件基础实验中的键盘接口实验键盘接口实验包括运用I/O实现独立式、行列式键盘的接口和软件设计。其验证型实验内容为：1）从独立式键盘的硬件扩展、原理分析、键盘识别例程的完善及验证，让学生对独立式键盘的软硬件设计方法有初步的认识；2）从行列式键盘的硬件扩展、原理分析、键盘扫描例程的完善及验证，让学生对行列式键盘的软硬件设计方法有初步的认识。设计型实验内容为：采用51单片机IO实现2种方式键盘的扩展，结合实际工程应用中应采取的去抖动、多键解析、按键连击、实时性键盘扫描等问题，设计相应的键盘监控程序，在一定程度上增加学生的工程应用经验。综合实验内容为：设计具有工程应用价值的键盘扫描监控程序，包括查询扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式的监控程序，并比较它们异同和应用场合，让学生对键盘的软件扫描方法有更全面的了解。并籍此将键盘的设计原理及工程应用等知识灌输给学生，使得学生具备键盘扩展的软硬件设计能力。经过这样举一反三，活学活用，充分调动学生积极性，开阔学生知识面，有利于学生的动手能力培养，使学生学到的知识得到巩固和升华。

3.3 综合实验中的温度测控实验该实验的基础部分是采用DS18B20数字温度传感器进行温度测量，由学生自行设计51单片机与数字温度传感器的接口电路并进行线路连接，设计温度测量驱动程序并在LED或LCD上显示测量结果，充分考查和锻炼学生应用MCU实现新器件扩展的软硬件设计能力。扩展部分是运用PWM方法实现温度的控制，让学生了解PWM实现功率驱动的硬件设计方法，通过调节PWM的频率及占空比实现加热功率的调节，并同时进行加热温度的实时监测和显示。提高学生应用弱电控制功率部件的软硬件设计和工程应用能力。综合部分是实现温度的闭环控制，根据设定的温度值，采用闭环恒温控制的决策方法实现恒温控制，充分锻炼学生理论结合实际以及知识综合应用的能力。

该综合型实验囊括了数字温度传感器实现温度测量、PWM方法实现温度控制、数码管和液晶进行温度显示、闭环精确温度控制等内容，是实际测控系统的浓缩。通过此类实验可以让学生经历从理解设计要求、总体方案设计、硬件接口与模块连接到软件设计与调试的整个过程，使实验成为理论联系实际、启发思路、综合运用知识的实践过程，使学生在体会和掌握课程知识的同时，提高分析问题和解决问题的能力以及开拓创新的精神。

4 结束语

通过本课程实验内容的改革与尝试，对学生综合能力和创新能力的提高起到了积极的作用，我们将在实践中不断总结经验和不足。随着微机技术的进步，不断更新实验内容使实验内容更贴近工程实际，并结合科研项目开发实验内容。在扎实基础知识的基础上，逐步增加设计性、研究性实验的比例，改革考核办法，充分调动学生的积极性，只有这样才能培养出符合现代社会需要的基础扎实、知识面广、能力强、素质高的技术人才。