微機原理與接口技術(shù)實踐教學過程和內(nèi)容的改革與探索

王曉萍　劉玉玲　陳惠濱　梁宜勇　齊杭麗

摘要 介紹微機原理與接口技術(shù)課程實踐教學過程和內(nèi)容的改革與嘗試，從實驗過程的實驗預習與準入、軟件仿真實驗、硬件連接與調(diào)試實驗的3個階段，以及實驗內(nèi)容的驗證型、設計型、綜合型3個層次3個水平，來構(gòu)建課程的實踐教學體系，從而提高課程實踐環(huán)節(jié)在學生綜合運用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的作用。

關(guān)鍵詞 微機原理與接口技術(shù)；實踐教學體系；驗證型實驗；設計型實驗；綜合型實驗

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：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

微機原理與接口技術(shù)是非計算機專業(yè)理工科學生的必修課，課程內(nèi)容兼顧軟件和硬件2個方面，包括了計算機的基本工作原理、系統(tǒng)組成，接口技術(shù)及應用，具有概念多、內(nèi)容抽象和實踐性強等特點。因此如何利用有限的實驗學時數(shù)，培養(yǎng)學生的動手能力、綜合應用知識能力，激發(fā)學生的學習主動性和創(chuàng)新意識，是實踐教學面臨的一個重要課題。通過對微機原理與接口技術(shù)實踐過程和內(nèi)容的改革與探索，形成了實驗過程三步驟和實驗內(nèi)容三層次的實踐教學體系，努力提高學生綜合運用知識能力和實踐創(chuàng)新能力。

2 改革實驗過程，提高實驗課效率

結(jié)合理論教學內(nèi)容的講授進度，提出了實驗預習與準入、軟件設計實驗、硬件連接與調(diào)試實驗的3個實驗進程安排，對于不需要實驗開發(fā)系統(tǒng)的軟件設計實驗，布置相關(guān)匯編語言程序設計與調(diào)試內(nèi)容讓學生在自己的電腦上進行，并要求在課程網(wǎng)站上進行實驗準入題的測試（實驗準入題是與實驗內(nèi)容、仿真環(huán)境等有關(guān)的題目），只有通過測試的學生才能在網(wǎng)上提交軟件實驗報告，有效地節(jié)省了實驗課時。為使學生能夠獨立運用仿真軟件和開發(fā)環(huán)境，順利開展軟件實驗，除在課程網(wǎng)站上發(fā)布KeilC51相關(guān)軟件和使用說明等資料外，還將KeilC51仿真軟件的使用方法拍成錄像，供學生學習和下載。使學生運用自己的電腦完成匯編程序設計與調(diào)試的全部軟件實驗，而讓有限的實驗學時數(shù)全部用于需要實驗開發(fā)系統(tǒng)的硬件實驗。

3 改革實驗內(nèi)容，提高實踐教學效果

實驗教學是整個教學體系中不可忽視的重要環(huán)節(jié)，改革實驗內(nèi)容不僅是要加深對理論知識的理解，而是、且要進一步加強理論與實踐的結(jié)合，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新意識，提高學生的動手能力和綜合素質(zhì)。為適應“創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的要求和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，在實驗體系上形成由軟件實驗、硬件基礎(chǔ)實驗、硬件設計實驗和硬件綜合實驗的結(jié)構(gòu)模式；在實驗內(nèi)容上，對于每一類實驗構(gòu)建驗證型、設計型和綜合型3個層次、3個水平體系結(jié)構(gòu)，努力做到由淺入深，從基礎(chǔ)知識理解到綜合能力培養(yǎng)，并與時俱進地增加實驗內(nèi)容，更新實驗項目。下面以3個實驗為例進行具體介紹。

3.1 軟件實驗中的內(nèi)存操作實驗內(nèi)存操作實驗主要包括采用各種尋址方式的內(nèi)存?zhèn)魉椭噶顚嶒?、?nèi)存拷貝實驗、外部RAM讀寫實驗等。驗證型實驗內(nèi)容為：1）通過各種尋址方式的數(shù)據(jù)傳送類指令的閱讀及實驗驗證，讓學生對指令的各種尋址方式有更深入的理解；2）利用傳送類指令實現(xiàn)內(nèi)部RAM之間的數(shù)據(jù)塊拷貝的程序閱讀及驗證，讓學生掌握傳送類指令的運用和程序的編寫；3）利用傳送類指令實現(xiàn)內(nèi)部RAM與外部XRAM之間的數(shù)據(jù)塊拷貝的程序閱讀及驗證，讓學生對外部XRAM的傳送類指令的應用有更深入的理解和掌握。設計型實驗內(nèi)容為：實現(xiàn)內(nèi)部RAM與外部XRAM之間的數(shù)據(jù)塊逆序拷貝及外部XRAM的數(shù)據(jù)逆序交換等實驗內(nèi)容。綜合實驗內(nèi)容的設計是讓學生在做完以上2個層次實驗的基礎(chǔ)上進行選做。以基礎(chǔ)型實驗及設計型實驗為鋪墊，提出靈活性和復雜度更高的實驗內(nèi)容，設計并討論采用R0、R1與采用DPTR對外部XRAM尋址的區(qū)別，設計程序?qū)崿F(xiàn)對4×4矩陣進行逆置。

雖然數(shù)據(jù)傳送類指令較為簡單，但是對于其應用未必能給學生留有深刻的印象，以上實驗內(nèi)容囊括了各種尋址方式的運用和對各種內(nèi)存的訪問方式和程序設計，使得學生能夠更深入透徹地理解數(shù)據(jù)傳送類指令及其高級應用。

3.2 硬件基礎(chǔ)實驗中的鍵盤接口實驗鍵盤接口實驗包括運用I/O實現(xiàn)獨立式、行列式鍵盤的接口和軟件設計。其驗證型實驗內(nèi)容為：1）從獨立式鍵盤的硬件擴展、原理分析、鍵盤識別例程的完善及驗證，讓學生對獨立式鍵盤的軟硬件設計方法有初步的認識；2）從行列式鍵盤的硬件擴展、原理分析、鍵盤掃描例程的完善及驗證，讓學生對行列式鍵盤的軟硬件設計方法有初步的認識。設計型實驗內(nèi)容為：采用51單片機IO實現(xiàn)2種方式鍵盤的擴展，結(jié)合實際工程應用中應采取的去抖動、多鍵解析、按鍵連擊、實時性鍵盤掃描等問題，設計相應的鍵盤監(jiān)控程序，在一定程度上增加學生的工程應用經(jīng)驗。綜合實驗內(nèi)容為：設計具有工程應用價值的鍵盤掃描監(jiān)控程序，包括查詢掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式的監(jiān)控程序，并比較它們異同和應用場合，讓學生對鍵盤的軟件掃描方法有更全面的了解。并籍此將鍵盤的設計原理及工程應用等知識灌輸給學生，使得學生具備鍵盤擴展的軟硬件設計能力。經(jīng)過這樣舉一反三，活學活用，充分調(diào)動學生積極性，開闊學生知識面，有利于學生的動手能力培養(yǎng)，使學生學到的知識得到鞏固和升華。

3.3 綜合實驗中的溫度測控實驗該實驗的基礎(chǔ)部分是采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行溫度測量，由學生自行設計51單片機與數(shù)字溫度傳感器的接口電路并進行線路連接，設計溫度測量驅(qū)動程序并在LED或LCD上顯示測量結(jié)果，充分考查和鍛煉學生應用MCU實現(xiàn)新器件擴展的軟硬件設計能力。擴展部分是運用PWM方法實現(xiàn)溫度的控制，讓學生了解PWM實現(xiàn)功率驅(qū)動的硬件設計方法，通過調(diào)節(jié)PWM的頻率及占空比實現(xiàn)加熱功率的調(diào)節(jié)，并同時進行加熱溫度的實時監(jiān)測和顯示。提高學生應用弱電控制功率部件的軟硬件設計和工程應用能力。綜合部分是實現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制，根據(jù)設定的溫度值，采用閉環(huán)恒溫控制的決策方法實現(xiàn)恒溫控制，充分鍛煉學生理論結(jié)合實際以及知識綜合應用的能力。

該綜合型實驗囊括了數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)溫度測量、PWM方法實現(xiàn)溫度控制、數(shù)碼管和液晶進行溫度顯示、閉環(huán)精確溫度控制等內(nèi)容，是實際測控系統(tǒng)的濃縮。通過此類實驗可以讓學生經(jīng)歷從理解設計要求、總體方案設計、硬件接口與模塊連接到軟件設計與調(diào)試的整個過程，使實驗成為理論聯(lián)系實際、啟發(fā)思路、綜合運用知識的實踐過程，使學生在體會和掌握課程知識的同時，提高分析問題和解決問題的能力以及開拓創(chuàng)新的精神。

4 結(jié)束語

通過本課程實驗內(nèi)容的改革與嘗試，對學生綜合能力和創(chuàng)新能力的提高起到了積極的作用，我們將在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗和不足。隨著微機技術(shù)的進步，不斷更新實驗內(nèi)容使實驗內(nèi)容更貼近工程實際，并結(jié)合科研項目開發(fā)實驗內(nèi)容。在扎實基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，逐步增加設計性、研究性實驗的比例，改革考核辦法，充分調(diào)動學生的積極性，只有這樣才能培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會需要的基礎(chǔ)扎實、知識面廣、能力強、素質(zhì)高的技術(shù)人才。