微機原理與接口技術實驗平臺的建設與實踐

呂巍 黃蔚 張立明

【摘要】針對微機原理與接口技術實驗在本科生培養的重要性，從實驗內容設計指導思想、實驗教學體系結構、實驗效果方面構建了一個可以激發學生主觀能動性的開放式微機原理與接口技術實驗教學平臺。

【關鍵詞】微機原理 接口技術 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

【基金項目】吉林大學微機原理與接口技術實驗平臺的建設（項目編號：S2012-51）。

【中圖分類號】TP311 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）11-0251-01

微機原理與接口技術實驗是通過理論學習和實驗使學生具備基本的微機系統設計，維護與軟硬件開發的能力。由于現代計算機技術的快速發展，以Intel 80×86（32位）高級微處理器為核心、Windows操作系統為主流應用環境的微機系統日益普及，基于此類微機系統的應用性開發也隨之不斷增加。為了順應這樣的變化，提出了改進實驗教學內容，提高實驗教學效果的實踐，努力做到“倡導啟發式、探索式、討論式、參與式教學”， 培養出適應社會需求的人才隊伍。

1.實驗平臺的總體框架

1.1 硬件構成

（1）采用嵌入式單板計算機系統：

Intel i386EX CPU， 最高處理速度：24MHz，32位

RAM/ROM 存儲容量：128K（RAM），128K（ROM）

PC104總線接口

（2）采用的實驗平臺提供全開放的80×86系統擴展總線，具有80×86微機時序的16位數據總線（XD0-XD15）、地址總線（XA1-XA20）和中斷請求信號INTR、DMA控制信號HOLD/HLDA、存儲器讀寫控制信號MWR/MRD，存儲器高位字節使能信號BHE/BLE等總線信號。

（3）實驗平臺上具有全開放的接口實驗電路：16位存儲器（62256二片）、8237、8254、時鐘源（18.4K/184K/1.84M）、LED點陣顯示、直流風扇及溫度控制電路等。

（4）擴展電路單元：

具有集成電路擴張插座。

可選配128？鄢64點陣圖形LCD、CAN總線通信、紅外通信等應用模塊。

可選配TD-51開發板，全面支持51單片機應用和開發。

1.2軟件構成

（1）具有在Windows2000/XP系統中的80×86微機調試開發軟件，該軟件可支持80×86指令的匯編語言或C語言的源語言級編程和調試，具有16位寄存器和32位寄存器狀態切換，具有匯編語言和C語言選擇，具有單步、跳過、斷點、連續、變量跟蹤等調試手段，可高水平地實現實驗程序的動態調試，全面支持80×86實模式和保護模式程序的調試和開發，支持實模式和保護模式下的多中斷源實驗、存儲器擴展實驗、DMA應用實驗等。

（2）具有虛擬示波器功能界面和控制應用實驗專用圖形界面。

2.實驗內容的指導思想

在課程內容設計指導思想上，建設思路是減少驗證性實驗，增加綜合性、研究性和自助式實驗。結合《微機原理與接口技術》等相關課程的教學內容，擬在實驗中建立32位微機實驗教學體系和相關的實驗內容。可以將教學的內容分為微機原理和微機接口技術兩部分。微機原理旨在從更高層次上學習和掌握80×86微機原理，重點講清32位微處理器的實模式、保護模式和虛擬86模式的工作機制，特別是32位微處理器保護模式的學習。包括了CPU在保護模式下操作的各種應用數據結構、存儲管理、中斷異常處理和任務管理。由于32位微機接口技術與現代PC機密切相關，可以從圍繞PC機內部構成原理及常用接口芯片的使用和PCI總線技術及應用來開展。主要學習對微機資源的基本操作和常用接口芯片的編程應用，以及PCI總線的應用擴展和在Windows下開發設備驅動程序的方法。本實驗教學內容中，配備Windows下的匯編和C源語言調試界面，具有16位寄存器和32位寄存器狀態切換，具有匯編語言和C語言選擇，具有單步、跳過、斷點、連續、變量跟蹤等調試手段，可以高水平的實現實驗程序的動態調試，全面支持80×86實模式和保護模式原理及接口技術的教學實驗。選擇了單片機和微機均能控制的題目，即一個實驗題目均可采用兩種不同的實驗手段。這樣，不僅節約了資金和設備，而且又開闊了學生的思路，加強了學生創新設計與綜合實踐能力的訓練和培養。

3.實驗教學效果

（1）通過每屆500多學生，每學期48學時實驗教學訓練，讓每個學生融合所學的計算機理論知識，掌握計算機接口與控制電路的設計與分析的基本技能，能夠具備電路設計、工程應用及程序的編制能力。為深入學習計算機控制與應用、嵌入式等后續實驗打下堅實的基礎。

（2）通過實驗使學生加深對微機原理的理解并養成學生獨立思考，運用理論知識分析問題和解決問題的能力。自主查詢目前較為先進器件的使用方法和分析其原理，對提前完成實驗的學生，建立優秀學生檔案，保存優秀實驗報告及實驗程序，實驗教師再單獨指派實驗題目并可參加科研項目研發。

4.結束語

只有不斷進行實驗內容改革，將理論與實踐教學相結合，從單一的傳授理論知識向培養學生獨立分析和解決設計問題能力的轉變，將有代表性、先進性、實用性的實驗貫穿于培養過程。才能不斷提高教學質量，提高學生自身素質，把高校變成培養創新人才的重要基地。

參考文獻：

[1]姚琳.微機原理與接口技術[M].清華大學出版社，2010.

[2]謝顯中.微機原理與接口技術[M].電子工業出版社，2011.