“微機(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)方法研究與課程建設(shè)探析

摘要：基于“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程現(xiàn)狀與基本要求，闡述了課程特點(diǎn)與課程目標(biāo)，對教學(xué)方法與教學(xué)手段進(jìn)行了探討，描述了精講多練、演練結(jié)合、教與學(xué)融為一體的方法。闡述了自主學(xué)習(xí)與加強(qiáng)實(shí)踐的教學(xué)方法，考核采用閉卷考試和一頁紙考試相結(jié)合的方式，避免記憶大量指令，由此提高考核內(nèi)容的深度和廣度。采用Proteus仿真軟件提供全面的動態(tài)教學(xué)演示，應(yīng)用Proteus仿真軟件將8086與DAC0832芯片連接實(shí)現(xiàn)了波形顯示。

關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí)；Proteus；考核方法；教學(xué)實(shí)踐

作者簡介：艾紅（1962-），女，重慶人，北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院，副教授。（北京 100192）

基金項(xiàng)目：本文系北京信息科技大學(xué)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程建設(shè)的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0099-02

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是工科電子類非計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程覆蓋面大，是工科學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)硬件知識和匯編語言程序設(shè)計(jì)的入門課程。引導(dǎo)學(xué)生從應(yīng)用角度出發(fā)，在理論和實(shí)踐方面掌握微機(jī)的基本硬件構(gòu)成和工作原理，掌握微機(jī)系統(tǒng)中各個芯片的使用方法，使學(xué)生具有應(yīng)用軟件編程和硬件設(shè)計(jì)的基本能力。接口部分的重點(diǎn)是輸入與輸出方式和可編程接口芯片應(yīng)用。課程是學(xué)生進(jìn)入IT領(lǐng)域的必修課，也是一些學(xué)校對應(yīng)學(xué)科碩士研究生入學(xué)考試的科目之一。北京信息科技大學(xué)（以下簡稱“我?！保┳詣踊瘜W(xué)院的自動化專業(yè)、電氣工程與自動化專業(yè)、智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)都要學(xué)習(xí)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程，講授內(nèi)容包括總線技術(shù)、存儲器技術(shù)、中斷技術(shù)、并行接口技術(shù)等，重點(diǎn)講解中斷系統(tǒng)和并行接口應(yīng)用分析及設(shè)計(jì)技術(shù)，介紹計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。[1，2]

一、課程特點(diǎn)與課程目標(biāo)

目前“微機(jī)原理與接口技術(shù)”的課程學(xué)時(shí)縮短。軟件內(nèi)容是匯編語言，硬件是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、三大總線、存儲器、中斷、并行接口芯片和定時(shí)器芯片應(yīng)用。為使課程知識體系與現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展相適應(yīng)，課程的基本要求是學(xué)生能夠以微處理器、總線、接口和程序設(shè)計(jì)為主線，正確建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，理解CPU 和I/O接口的結(jié)構(gòu)和工作原理，進(jìn)行存儲器和接口芯片的合理選用，并根據(jù)不同的要求確定和分析系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)、I/O口控制、按鍵與顯示等功能。課程特點(diǎn)是基礎(chǔ)性強(qiáng)，是計(jì)算機(jī)硬件、軟件和系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)課；概念抽象，如芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、時(shí)序、尋址方式、定時(shí)器工作方式、地址譯碼和中斷等；內(nèi)容繁多，包括硬件體系結(jié)構(gòu)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、存儲器系統(tǒng)、總線以及接口設(shè)計(jì)；同時(shí)還具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性。課程內(nèi)容包括微機(jī)基本概念、基本系統(tǒng)、微機(jī)接口設(shè)計(jì)和微機(jī)系統(tǒng)綜合應(yīng)用。學(xué)生在完成“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程學(xué)習(xí)后，能夠?yàn)檫M(jìn)一步學(xué)習(xí)儀器儀表、測試控制、計(jì)算機(jī)控制等課程奠定必要的理論基礎(chǔ)，為以后從事相關(guān)工作奠定微機(jī)軟件與硬件應(yīng)用的基礎(chǔ)。

二、精講多練，演練結(jié)合

多種教學(xué)方法的靈活使用有利于提高教學(xué)質(zhì)量，活躍教學(xué)氣氛，增進(jìn)師生交流。多媒體教學(xué)能夠用動畫描述信號的流動，演示訪問存儲器和I/O時(shí)序的配合。由于課程本身原理性比較強(qiáng)，講授過程還必須依靠傳統(tǒng)的教學(xué)模式。講解主要編程例題時(shí)，可以用黑板板書進(jìn)行講解。在微機(jī)系統(tǒng)中包括了數(shù)據(jù)信號、地址信號和控制信號所組成的綜合信息，它們之間有著密切而復(fù)雜的邏輯關(guān)系。由于微處理器數(shù)據(jù)總線寬度和地址總線寬度往往與存儲芯片不匹配，要正確連接數(shù)據(jù)總線和地址總線，分析控制信號線的連接方法，實(shí)現(xiàn)存儲器芯片讀、寫信號與微處理器的連接，根據(jù)譯碼電路生成片選信號。課程特點(diǎn)是教學(xué)內(nèi)容多，有難度，力求做到縱觀全書，抓住關(guān)鍵，突出重點(diǎn)，解決難點(diǎn)，對于具有共性的疑難問題給予重點(diǎn)講解。對于重點(diǎn)習(xí)題，可以讓學(xué)生在黑板上做出答案，教師分析并講解，調(diào)動學(xué)生在課堂上的主動性和參與性。

微機(jī)原理涉及較多的軟硬件知識，教師可采用不同的教學(xué)方法因材施教。全部內(nèi)容通過課堂講授及結(jié)合典型實(shí)例進(jìn)行。在教學(xué)方法上改變以往傳統(tǒng)的講授方式，可以將實(shí)際微機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備引入教室，邊講解邊演示，產(chǎn)生情景教學(xué)效果。精講多練是信息社會條件下適合學(xué)生特色的一種教學(xué)方法，在課程教學(xué)過程中可以穿插Proteus軟件進(jìn)行操作演示，利用軟件在課堂上演示，對寄存器使用和程序執(zhí)行都有深刻理解?？梢詰?yīng)用debug 進(jìn)行匯編語言程序的調(diào)試，利用多媒體現(xiàn)場演示糾正程序設(shè)計(jì)中的錯誤。另外把做好書面習(xí)題的任務(wù)當(dāng)成一種扎實(shí)掌握理論基礎(chǔ)的練習(xí)，并安排一定學(xué)時(shí)的習(xí)題課，對作業(yè)中錯誤較多的地方提出來讓學(xué)生共同討論。

三、自主學(xué)習(xí)與考核方法

1.自主學(xué)習(xí)與加強(qiáng)實(shí)踐

教學(xué)中與實(shí)踐環(huán)節(jié)密切配合，有針對性地指導(dǎo)學(xué)生參加開放實(shí)驗(yàn)和大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃，增加微機(jī)原理與接口技術(shù)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，促使學(xué)生成為“我要學(xué)、我要做”。應(yīng)用Proteus軟件可以使學(xué)生學(xué)習(xí)元器件選擇、放置和連線，總線連接以及放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，學(xué)習(xí)硬件原理圖的繪制，實(shí)現(xiàn)軟件程序編寫與硬件設(shè)計(jì)的結(jié)合。應(yīng)用Proteus軟件在沒有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下可以看到程序執(zhí)行的結(jié)果。加深理解微機(jī)原理與接口技術(shù)的主要接口芯片如可編程外圍接口芯片8255A、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253和數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832等的工作原理。在某些章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容完成后，可開展一次討論課，以某個項(xiàng)目為中心內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生使用Proteus軟件完成硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程，促進(jìn)理論和應(yīng)用的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。比如在講完可編程接口芯片8255A后，完成按鍵與顯示的硬件電路設(shè)計(jì)和程序編寫，使學(xué)生對微機(jī)原理和接口芯片的工作原理有一個深入的理解。利用Proteus軟件編程與硬件連線畫圖可以演示接口芯片工作原理和程序執(zhí)行效果。例如采用8255A芯片與8個按鍵相連，方式1有一個選通信號STB接在8255A的PC4上，當(dāng)STB有效時(shí)，將8個開關(guān)的狀態(tài)讀入并反映在8個發(fā)光二極管上，8255方式1控制按鍵顯示結(jié)果如圖1所示。8255A的PA口=10111010B，送到PB口對應(yīng)點(diǎn)亮小燈。PB口對應(yīng)位為1，小燈點(diǎn)亮。

2.考核方法

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是一門具備一定硬件知識和軟件編程能力的課程，考核成績由期末考試、平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績共同決定。實(shí)驗(yàn)成績根據(jù)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)的態(tài)度和編程能力以及程序調(diào)試過程與結(jié)果給出較合理的評定。期末考試可以采用閉卷考試和一頁紙考試相結(jié)合的方法。增加考核內(nèi)容的深度和廣度，避免學(xué)生在記憶一些細(xì)節(jié)和不常用的指令上花功夫。重點(diǎn)考核微機(jī)原理與接口技術(shù)的應(yīng)用能力。卷面上提供接口芯片寄存器命令字和工作方式選擇字的格式，學(xué)生在自己的一頁紙上可以記錄總結(jié)一些重要內(nèi)容或者范例。相比于閉卷考試，一頁紙方式的考核使“微機(jī)原理與接口技術(shù)”出題范圍和難度都有所提高，考試更加具有針對性，有助于學(xué)生復(fù)習(xí)掌握重點(diǎn)內(nèi)容。教學(xué)中可以設(shè)置一些問題對學(xué)生進(jìn)行提問，對要解決問題的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行探討，也有助于對學(xué)生平時(shí)成績的評定?？己朔绞竭€要包括考核學(xué)生回答問題的能力、完成作業(yè)以及在實(shí)驗(yàn)課中的動手能力。

四、課程建設(shè)使教與學(xué)融為一體

改革以往的“教師為中心”的教學(xué)觀念，教與學(xué)融為一體。在以往的課堂教學(xué)中，教師是課堂的中心，采用“滿堂灌”的教學(xué)方法。教師應(yīng)努力探討適合本校學(xué)生的教學(xué)模式，根據(jù)大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和接受能力，制訂合理的教學(xué)方法。在注重基礎(chǔ)理論知識教學(xué)的同時(shí)，增強(qiáng)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程內(nèi)容在課內(nèi)和課外的練習(xí)機(jī)會。為學(xué)生提供軟件編程工具，使學(xué)生可以隨時(shí)練習(xí)并檢驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)效果。課程的內(nèi)容并不需要到實(shí)驗(yàn)室借助于實(shí)驗(yàn)設(shè)備做實(shí)驗(yàn)才可以體會，學(xué)生在課堂上可以帶上筆記本，隨著老師一起運(yùn)行主要指令，深入理解指令執(zhí)行的結(jié)果并動手實(shí)踐。觀察主要寄存器，標(biāo)志寄存器的結(jié)果和程序指針的工作情況，了解堆棧概念，理解中斷技術(shù)的主要思想和難點(diǎn)，為今后從事嵌入式系統(tǒng)等開發(fā)工作奠定堅(jiān)實(shí)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的硬件基礎(chǔ)。采用大量的動畫演示幫助學(xué)生理解和掌握復(fù)雜的內(nèi)容，如CPU內(nèi)部如何工作、指令如何尋址、中斷如何實(shí)現(xiàn)嵌套、8255方式1工作原理與過程、聯(lián)絡(luò)信號使用等。Proteus仿真軟件可以提供全面的動態(tài)教學(xué)演示，讓枯燥乏味的課堂理論講述變得更為直觀生動。應(yīng)用Proteus仿真軟件進(jìn)行接口芯片功能實(shí)現(xiàn)的顯示。圖2是8086與DAC0832芯片連接實(shí)現(xiàn)了鋸齒波顯示。DAC0832是數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，可以實(shí)現(xiàn)顯示不同波形。如方波、三角波和鋸齒波等。

五、結(jié)束語

積極探索“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的特點(diǎn)和教學(xué)方法，在教學(xué)過程中形成實(shí)用、典型的教學(xué)案例和教學(xué)思路，摸索出一套因材施教的教學(xué)方法。目前自動化學(xué)院有80套微機(jī)原理與接口技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，有近10人的主講教師和實(shí)驗(yàn)室教師的隊(duì)伍，為“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的開設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。堅(jiān)持理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)種類豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開設(shè)具有應(yīng)用背景的綜合性實(shí)驗(yàn)課程，可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。課程教學(xué)質(zhì)量直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。筆者將在優(yōu)化“微機(jī)原理與接口技術(shù)”的教學(xué)資源，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，有效應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行課程建設(shè)等方面做努力，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)教學(xué)的質(zhì)量，滿足不同專業(yè)對學(xué)生計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用能力的要求。并真正促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐和創(chuàng)新能力的提高，培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的計(jì)算機(jī)硬件和軟件的綜合應(yīng)用人才。[3，4]

參考文獻(xiàn)：

[1]湯曉安，王文惠，郝建新，等.精講多練打造微機(jī)原理與接口技術(shù)精品課程[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2007，30（2）：58-59.

[2]金文，張惠群，陳曦.微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012，（10）：49-50.

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[4]楊奎武，郭淵博，李長勝.微機(jī)原理與應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法[J].中國教育技術(shù)裝備，2013，（18）：77-78.

（責(zé)任編輯：王意琴）