《微机原理与接口技术》实践性教学探讨

周秋平， 赵群礼

（合肥师范学院计算机系，安徽合肥 230061）

《微机原理与接口技术》实践性教学探讨

周秋平， 赵群礼

（合肥师范学院计算机系，安徽合肥 230061）

通过实验内容、实验形式，实验平台等几方面，对微机原理与接口技术实践性教学进行探讨，以期改善课程的教学效果，达到教学目标。

微机原理；接口技术；实验

《微机原理与接口技术》微机接口是一门理论性和实践性都很强的课程，知识点覆盖面非常广泛，它是我校计算机类、电子类相关专业的重要技术基础课，也是电子、自动化等专业学生的研究生考试课程。该课程的主要任务是使学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理、汇编语言程序设计方法、接口电路及硬件电路的连接，建立微机系统的整体概念，为今后进一步学习打好基础，同时该课程又是后续课程如单片机原理及应用、DSP技术、ARM嵌入式系统等课程的基础。课程内容由理论教学、实践教学两大部分组成，课程体系在知识层面上从基础到专业，逐渐提升；在知识结构上由点及面到系统，注重加强系统观念的培养和系统设计方法的训练。作者根据自己多年教学体会对本课程的实践教学方面相关问题进行探讨。

1 实验内容探讨

微机原理与接口技术实验课紧紧围绕该理论课程开设。微机原理与接口技术课程是一般在大三下学期开设，是在学完《数字电路》、《汇编语言》、《计算机组成原理》之后开设的。根据教学大纲，我们认真的研究了教学内容，分析本课程的知识点以及各知识点之间的相互联系，修订了实验教学大纲。本课程的实验内容主要包括三个部分：

1.1 微机原理部分

微机原理部分实验内容主要包括8086／ 8088CPU的编程结构（总线接口部件和执行部件）、8086／8088CPU执行指令的过程、8086／8088CPU的两种工作模式、指令系统与汇编语言程序设计、存储器与I／O机理的认知等内容，着重帮助学生熟练掌握计算机及其基本组成部分的工作原理和工作机制，训练和培养学生运用汇编语言编写应用程序，解决实际问题的能力。

1.2 接口技术部分

接口技术部分实验包括典型的可编程接口芯片的扩展、性能验证及输入输出应用等内容，主要包括可编程中断控制器8259、可编程定时器8253、可编程并行通讯接口芯片8255和串行通讯接口芯片8251以及模数（A／D）和数模（D／A）转换等，着重培养学生应用典型可编程接口芯片和数字电路芯片进行I／O接口设计和扩展的能力。

1.3 综合应用

综合应用实验内容包括多种接口芯片的组合、自动实时控制等方面的内容，着重培养学生综合应用微机原理和接口技术进行设计、调试微机应用系统的能力，解决实际问题。如：并行接口芯片8255 A与中断控制器8259 A的组合，学生可通过软硬件的设计，实现中断控制方式的并行接口通讯功能。

2 实验形式

微机原理与接口技术的实验教学过程主要分为三个层次，循序渐进，逐渐提高学生的实验分析能力以及创新能力。

2.1 验证性实验

验证性实验目的是在一个设计完整的实验框架下验证结果是否达到原理所描述。同学们按照教师指定的步骤操作，然后观察实验结果与已知的结果是否相同。这是基础实验，通过此类实验让学生对所学内容加深理解。下面以半导体存储器实验为例作以说明。

半导体存储器实验要让学生学会存储器的扩展，我们的实验箱上有4片6264芯片，每一片6264的容量为8K×8bits，我们要求的容量为8K× 32bits，而就需要把现有的4片6264进行位扩展，得到我们需要的容量。

2.2 综合性实验

设计性实验主要在验证性实验的基础上，告诉学生已知的结果，让学生自己设计硬件电路，自己编写软件，从而得到实验结果。要培养学生的设计能力和创新能力。

中断实验是本课程的综合性实验，因为该实验设计的教学内容包括：中断的基本原理、中断的处理过程、8259A中断控制器芯片的工作原理，DOS功能调用、BIOS功能调用、PCI总线的中断响应原理。通过该综合性实验让学生对这儿部分的内容加深了解，也让学生理解这儿部分是如何衔接，理解各自的所处的位置及所具有的功能通过设计性实验，让学生知道这门课有什么用途，从而真正对这门课感兴趣，当然在设计实验的过程中，增强了学生的动手能力和思维能力。

2.3 课程设计

在课程的所有理论知识都讲授完后，一定要开展相应的课程设计，课程设计实践能够使学生进步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使学生的设计水平和对所学的知识的应用能力以及分析问题、解决问题的能力得到全而提高。综合性实验的目的是要将学过的主要功能部件有机地组合起来，形成一个具有一定实际意义的整体，使学生掌握微机系统整合的基本方法。为此我们可以针对实验室现有的条件，设计如下综合性实验例题：

题目采用的是8255 A、数码管、按键开关和拨位开关组成的一个简单的倒计时器。电路具有时间显示功能，能在一位数码管上从9开始递减，每隔1秒钟，计时器减1。有外部开关能控制其暂停、复位，在倒计时为零时发出声光警报，如图1所示。

图1 综合性实验例题

3 实验手段的探讨

目前我们的《微机原理与接口技术》实验箱是DICE－8086K系列微机原理接口实验箱。本实验仪以8／16位CPU中心，支持联机与脱机二种工作方式。系统扩展有EPROM，把所有实验程序都固化在该片中。在PC机上调试实验软件也可传入实验箱运行。

从学科发展来说，本课程内容已逐步向CPU32／64位发展。同时本仪器也存在硬件结构落后、用汇编语言编写一些较为复杂的系统时不太容易实现的一些缺陷。为此我们需要对实验手段进一步改进。

3.1 更新实验硬件平台

为了保证学生及时了解学科发展前沿以及本学科的最新技术，拓宽知识面。实验引进先进技术，建立新技术发展平台，进行信息化建设，提高学生的学习效率和学习效果，实验教学新技术平台内容。

为了加强学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力，应实验箱主板设计成母板形式，在实验主板上仅安排地址、数据、控制线，而地址译码、控制逻辑的产生、具体的接日电路则设计成不同的模块。X 86的主板提供ISA总线（数据总线、地址总线、控制总线）信号。这样的主板强化了接口电路的设计是以总线扩展为基础的概念。学生在实验时，通过选择不同的模块，完成地址译码、控制逻辑的设计并在主板上实现相互连接来完成实验。使接口电路的设计具有更大的灵活性。

另外，微机原理的实验平台应支持在32／64位PC微机上的编程、调试软件构成。学生可以通过该平台进行32／64位微机实模式和保护模式下的实验程序编制、运行及调试。实验系统应分为基本接口和高级接口应用两部分，用于支持接口应用学习。实验系统还应为学生提供了一个仿真ISA接口，学生可以基于该接口学习常用接口芯片的编程及应用，也可以直接针对特定应用的需要设计接口电路和时序逻辑。

3.2 建立软件试验平台

微机接口仿真实验系统不仅通过将硬件实验平台软件化来有效解决各院校普遍存在的实验保障等实际困难，而且与硬件实验平台相比还具有其独特的功能，在开放性方面尤为突出。仿真实验系统是计算机技术和仿真技术、多媒体技术发展的必然产物。建立软件试验平台不仅有仿真实验的功能，还要有辅助的网上实验教学功能，从而使该系统具有更高的推广使用价值，发挥出最大的教学效益。这里我们以Keil仿真软件调试程序和Proteus电路分析与实物仿真软件为例。

Keil仿真软件调试程序集成开发环境是基于Windows系统的单片机软件开发平台。集编辑、编译、仿真于一体。在学习指令系统及汇编语言编程时可以用Keil仿真软件进行汇编程序的编辑、编译及单步跟踪调试，可以实时查看指令执行后相关的寄存器和存储单元内容，加深对指令执行过程的理解，验证程序设计的正确性。

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。其最大的优点在于能够完美地对CPU及外围电路进行虚拟仿真。支持原理图设计，且可以与Kei1集成开发环境连接，将用汇编或C语言编写的程序编译好之后，加载到用Proteus设计的硬件系统上，进行系统软、硬件仿真联调。Proteus还提供许多模拟的调试设备，如数字万用表、数字示波器及逻辑分析仪等等。学生只需一台电脑，装上软件即可对项目实施的每个环节以及最终的完整系统软硬件调试。

4 结束语

微机原理与接口技术是理论性很强的课程，而要学好这门课，必须重视实验教学。我们这里仅从实验教学的内容、实验形式和实验手段三个方面进行了探讨。实际上，实验教学是个复杂的过程，除本文所讨论的问题外，还涉及到实验课的组织，实验课的教学方法，实验课的成绩评定等一系列问题，限于篇幅未能一一涉及。

［1］ 李永亮，刘雅琴.微机原理与接口技术实验课教学［J］.软件导刊，2010，3：193－194.

［2］ 彭文竹.浅析微机原理与接口技术实验教学改革［J］.中国高新技术企业.2009：187－188.

［3］ 杨翠微，俞承芳，等.电子信息类专业“微机原理与接口实验”教学探讨［J］.电气电子教学学报，2005（1）：85－87.

［4］ 孙洪涛.微机原理实验教学改草的研究与探索［［J］.中国石油大学胜利学院学报，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，合肥师范学院计算机科学与技术系副教授；赵群礼（1975－），男，合肥师范学院计算机科学与技术系教师。