微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教學(xué)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(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)過程和內(nèi)容的改革與嘗試，從實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與準(zhǔn)入、軟件仿真實(shí)驗(yàn)、硬件連接與調(diào)試實(shí)驗(yàn)的3個(gè)階段，以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型、綜合型3個(gè)層次3個(gè)水平，來構(gòu)建課程的實(shí)踐教學(xué)體系，從而提高課程實(shí)踐環(huán)節(jié)在學(xué)生綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的作用。

關(guān)鍵詞 微機(jī)原理與接口技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)體系；驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)；綜合型實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(jī)原理與接口技術(shù)是非計(jì)算機(jī)專業(yè)理工科學(xué)生的必修課，課程內(nèi)容兼顧軟件和硬件2個(gè)方面，包括了計(jì)算機(jī)的基本工作原理、系統(tǒng)組成，接口技術(shù)及應(yīng)用，具有概念多、內(nèi)容抽象和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此如何利用有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、綜合應(yīng)用知識(shí)能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，是實(shí)踐教學(xué)面臨的一個(gè)重要課題。通過對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐過程和內(nèi)容的改革與探索，形成了實(shí)驗(yàn)過程三步驟和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三層次的實(shí)踐教學(xué)體系，努力提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2 改革實(shí)驗(yàn)過程，提高實(shí)驗(yàn)課效率

結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容的講授進(jìn)度，提出了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與準(zhǔn)入、軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、硬件連接與調(diào)試實(shí)驗(yàn)的3個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程安排，對(duì)于不需要實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，布置相關(guān)匯編語言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試內(nèi)容讓學(xué)生在自己的電腦上進(jìn)行，并要求在課程網(wǎng)站上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入題的測(cè)試（實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入題是與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、仿真環(huán)境等有關(guān)的題目），只有通過測(cè)試的學(xué)生才能在網(wǎng)上提交軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告，有效地節(jié)省了實(shí)驗(yàn)課時(shí)。為使學(xué)生能夠獨(dú)立運(yùn)用仿真軟件和開發(fā)環(huán)境，順利開展軟件實(shí)驗(yàn)，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(xué)生學(xué)習(xí)和下載。使學(xué)生運(yùn)用自己的電腦完成匯編程序設(shè)計(jì)與調(diào)試的全部軟件實(shí)驗(yàn)，而讓有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)全部用于需要實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)。

3 改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)踐教學(xué)效果

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)體系中不可忽視的重要環(huán)節(jié)，改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅是要加深對(duì)理論知識(shí)的理解，而是、且要進(jìn)一步加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)。為適應(yīng)“創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的要求和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，在實(shí)驗(yàn)體系上形成由軟件實(shí)驗(yàn)、硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和硬件綜合實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)模式；在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，對(duì)于每一類實(shí)驗(yàn)構(gòu)建驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和綜合型3個(gè)層次、3個(gè)水平體系結(jié)構(gòu)，努力做到由淺入深，從基礎(chǔ)知識(shí)理解到綜合能力培養(yǎng)，并與時(shí)俱進(jìn)地增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。下面以3個(gè)實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行具體介紹。

3.1 軟件實(shí)驗(yàn)中的內(nèi)存操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)存操作實(shí)驗(yàn)主要包括采用各種尋址方式的內(nèi)存?zhèn)魉椭噶顚?shí)驗(yàn)、內(nèi)存拷貝實(shí)驗(yàn)、外部RAM讀寫實(shí)驗(yàn)等。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，讓學(xué)生對(duì)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(shí)現(xiàn)內(nèi)部RAM之間的數(shù)據(jù)塊拷貝的程序閱讀及驗(yàn)證，讓學(xué)生掌握傳送類指令的運(yùn)用和程序的編寫；3）利用傳送類指令實(shí)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(yàn)證，讓學(xué)生對(duì)外部XRAM的傳送類指令的應(yīng)用有更深入的理解和掌握。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為：實(shí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容。綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是讓學(xué)生在做完以上2個(gè)層次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選做。以基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為鋪墊，提出靈活性和復(fù)雜度更高的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)并討論采用R0、R1與采用DPTR對(duì)外部XRAM尋址的區(qū)別，設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)4×4矩陣進(jìn)行逆置。

雖然數(shù)據(jù)傳送類指令較為簡(jiǎn)單，但是對(duì)于其應(yīng)用未必能給學(xué)生留有深刻的印象，以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容囊括了各種尋址方式的運(yùn)用和對(duì)各種內(nèi)存的訪問方式和程序設(shè)計(jì)，使得學(xué)生能夠更深入透徹地理解數(shù)據(jù)傳送類指令及其高級(jí)應(yīng)用。

3.2 硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的鍵盤接口實(shí)驗(yàn)鍵盤接口實(shí)驗(yàn)包括運(yùn)用I/O實(shí)現(xiàn)獨(dú)立式、行列式鍵盤的接口和軟件設(shè)計(jì)。其驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為：1）從獨(dú)立式鍵盤的硬件擴(kuò)展、原理分析、鍵盤識(shí)別例程的完善及驗(yàn)證，讓學(xué)生對(duì)獨(dú)立式鍵盤的軟硬件設(shè)計(jì)方法有初步的認(rèn)識(shí)；2）從行列式鍵盤的硬件擴(kuò)展、原理分析、鍵盤掃描例程的完善及驗(yàn)證，讓學(xué)生對(duì)行列式鍵盤的軟硬件設(shè)計(jì)方法有初步的認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為：采用51單片機(jī)IO實(shí)現(xiàn)2種方式鍵盤的擴(kuò)展，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)采取的去抖動(dòng)、多鍵解析、按鍵連擊、實(shí)時(shí)性鍵盤掃描等問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)的鍵盤監(jiān)控程序，在一定程度上增加學(xué)生的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為：設(shè)計(jì)具有工程應(yīng)用價(jià)值的鍵盤掃描監(jiān)控程序，包括查詢掃描方式、定時(shí)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(yīng)用場(chǎng)合，讓學(xué)生對(duì)鍵盤的軟件掃描方法有更全面的了解。并籍此將鍵盤的設(shè)計(jì)原理及工程應(yīng)用等知識(shí)灌輸給學(xué)生，使得學(xué)生具備鍵盤擴(kuò)展的軟硬件設(shè)計(jì)能力。經(jīng)過這樣舉一反三，活學(xué)活用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，開闊學(xué)生知識(shí)面，有利于學(xué)生的動(dòng)手能力培養(yǎng)，使學(xué)生學(xué)到的知識(shí)得到鞏固和升華。

3.3 綜合實(shí)驗(yàn)中的溫度測(cè)控實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)部分是采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)51單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器的接口電路并進(jìn)行線路連接，設(shè)計(jì)溫度測(cè)量驅(qū)動(dòng)程序并在LED或LCD上顯示測(cè)量結(jié)果，充分考查和鍛煉學(xué)生應(yīng)用MCU實(shí)現(xiàn)新器件擴(kuò)展的軟硬件設(shè)計(jì)能力。擴(kuò)展部分是運(yùn)用PWM方法實(shí)現(xiàn)溫度的控制，讓學(xué)生了解PWM實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)的硬件設(shè)計(jì)方法，通過調(diào)節(jié)PWM的頻率及占空比實(shí)現(xiàn)加熱功率的調(diào)節(jié)，并同時(shí)進(jìn)行加熱溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示。提高學(xué)生應(yīng)用弱電控制功率部件的軟硬件設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用能力。綜合部分是實(shí)現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制，根據(jù)設(shè)定的溫度值，采用閉環(huán)恒溫控制的決策方法實(shí)現(xiàn)恒溫控制，充分鍛煉學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際以及知識(shí)綜合應(yīng)用的能力。

該綜合型實(shí)驗(yàn)?zāi)依藬?shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量、PWM方法實(shí)現(xiàn)溫度控制、數(shù)碼管和液晶進(jìn)行溫度顯示、閉環(huán)精確溫度控制等內(nèi)容，是實(shí)際測(cè)控系統(tǒng)的濃縮。通過此類實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生經(jīng)歷從理解設(shè)計(jì)要求、總體方案設(shè)計(jì)、硬件接口與模塊連接到軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試的整個(gè)過程，使實(shí)驗(yàn)成為理論聯(lián)系實(shí)際、啟發(fā)思路、綜合運(yùn)用知識(shí)的實(shí)踐過程，使學(xué)生在體會(huì)和掌握課程知識(shí)的同時(shí)，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(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革與嘗試，對(duì)學(xué)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(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和不足。隨著微機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，不斷更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更貼近工程實(shí)際，并結(jié)合科研項(xiàng)目開發(fā)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在扎實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，逐步增加設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)的比例，改革考核辦法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，只有這樣才能培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會(huì)需要的基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面廣、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的技術(shù)人才。