微机原理与接口技术论文.doc

微机原理与接口技术1国家级重点中专课程论文论文题目：微机原理姓名：专业：小教计信年级：09秋大专计信班指导教师：二一年十月三十日微机原理与接口技术2微机原理与接口技术摘要：微机原理与接口技术是一门实践性、应用性很强的课程，本文针对目前微机原理与接口技术实践教学中存在的问题，结合作者的教学实践，重点对如何将本课程的实践教学与学生所学的专业相结合进行了探讨。引言计算机基础教育是面向非计算机类各专业学生的计算机教育<1>。与其它传统的基础课如数学、物理、化学、外语等一样，计算机基础教育已成为大学本科生基础教学的重要组成部分。计算机基础教育大致可分为三个层次：计算机文化基础、计算机技术基础和计算机应用基础。计算机文化基础课程是为了培养人们的计算机认识，课程不主要讲解计算机基础知识和基本操作技能。计算机技术基础课程则是为学生后续课程学习、毕业设计以及计算机应用开发打下一个较为全面的基础，课程主要讲解计算机中软件、硬件的基础知识。计算机应用基础课程则是针对当前计算机的主要应用领域，讲述一些必要的知识、方法和技能，以解决实际问题。微机原理与应用和单片机原理与接口技术课程是机械类各专业所开设的课程，分别属于计算机技术基础和计算机应用基础层次。本文讨论了有关机械类微机原理与应用和单片机原理与接口技术课程的教学方法和教学手段。关键词：微机原理接口技术实践教学改革微机原理与接口技术是一门理论性和实践性都很强的课程，是计算机专业、自动化、电子、机电等工科专业的专业基础课，是培养学生微机工程控制设计与应用能力、创新能力的一门必修课。笔者依据大专院校学生的特点，结合教学实践，就微机原理与接口技术实验课教学内容、方法等方面的改革作如下探讨，旨在提高实践教学效果，加强对学生实践能力和创新能力的培养。微机原理与接口技术课程是电气信息类专业学生的一门重要基础课程,同时也是一门实践性和应用性很强的课程。本课程主要讲授微型计算机的基本工作原理、系统组成及接口技术和基本的汇编语言程序设计知识，通过学习从而为学生今后分析和设计微机应用系统打好基础。在理论教学的同时，如果忽视实践教学，学生对理论知识不能够很好的掌握，学习效果就会受到很大的影响。一、课程内容简介微机原理与应用课程内容主要包括：计算机的基础知识（计算机的发展概述、计算机中的数、无符号二进制数的算术运算和逻辑运算、带符号二进制数的表示及运算、二进制编码）、8086/8088微型计算机基础知识（微型计算机基本结构、8086/8088微处理器、8088的外部引脚及其功能、8086/8088的功能结构、8086/8088的存储器组织、8086/8088的工作时序）、8088/8086的指令系统、汇编语言程序设计、中断技术等。课程详细地讲述8088/8086微处理器的编程结构及8088/8086的汇编语言编程技巧。微机原理与应用课程为以后从事机电控制技术以及微机的应用打下一个较为全面的基础。单片机原理与接口技术课程内容主要包括：MCS-51系列单片机的硬件结构、组成原理、寻址方式、指令系统、扩展技术、中断系统机制、定时器、计数器、串行通信接口技术等。课程详细地讲述MCS-51系列单片机汇编语言的编程技巧，重点阐明单片机的扩展方法及组成单片机应用系统的设计技术。单片机原理及接口技术课程为以后从事自动控制、智能仪器仪表、机电一体化技术以及各类单片机的应用打下一个较为全面的基础。可以说单片机原微机原理与接口技术3理及接口技术课程是提高单片机应用设计能力，适应科学技术和经济发展的重要保证。二、教学过程的设计理论课教学的实施主要是在课堂上通过教师进行知识传授。教师在教学的过程中，扮演着极为重要的角色，教师对教学内容的准备，重点、难点的处理，课上的教学艺术直接影响着教学效果。通常，教师要经历“教学准备、教学过程的设计、课中处理教学重点、难点，上课过程利用各种教学手段和方法集中学生的注意力，并设法保持学生的注意力，引导学生跟上教师的思路。教师在掌控教学过程中是要事先做好课堂教学过程的设计，这一过程我们主要通过引导提出问题、分析问题、解决问题来实现。用由表及里，解刨麻雀的方法，由简单问题逐步深入，引出核心知识点。三、课程内容教学特点随着21世纪科学技术高速发展，新能源、新技术不断出现，尤其是信息处理和控制技术的飞速发展，使得传统的机械产品正逐渐向高度自动化机械产品转换。可以说纯机械产品已逐渐被机电系统所取代，机电系统是机械设备和电气动力相组合的系统，而目前所有的机电系统都是基于计算机控制技术来实现的，所开发的机电产品的控制系统都是以计算机控制技术为基础的，控制系统的发展方向是智能和柔性。由此可知，微机原理与应用和单片机原理与接口技术课程是掌握高新科学技术的基础。从微机原理与应用和单片机原理与接口技术课程内容可以看出，两门课程具有很多的共性知识，其重复面较大。这主要表现在以下几个方面：第一是两门课程均为技术基础类课程，其先修课均为电子技术基础课，可以说两门课均为复杂同步时序逻辑电路的应用，应归属于电子技术应用范畴，所以学好电子技术基础课将有助于这两门课程的学习。第二是两门课程体现着强烈的概念性、抽象性和原理性，两门课程均强调硬件结构加上软件的执行构成的微机原理。第三，两门课程同时也是实践性很强的课程，有一定的实用技能，在学习过程中应充分注重理论与实践相结合，软件与硬件相结合，只有这样才能学到真正的知识。鉴于以上的课程内容教学特点，为更好地指导学生理解、领会和掌握微机原理与应用和单片机原理与接口技术课程内容，以便培养出更多的从事机电控制技术人才。四、机械类微机原理与应用和单片机原理及接口技术课程的教学方法、手段探讨（一）合理取舍教学内容、注重对学生学习能力的培养微机原理与应用和单片机原理与接口技术课程内容具有很多的共性知识，其重复面比较大。为了避免课程内容的重复，应合理取舍教学内容、注重对学生能力的培养，以弥补技术基础课学时短、内容多，学生难以在课堂内准确理解、全面接受教学内容之不足。微机原理与应用课是机械工程与自动化学院开设的技术基础平台课，课程讲授要分清哪些内容是目前暂时可以不学而留待以后学习，哪些内容是主要的，哪些内容是次要的。决不能“眉毛胡子一把抓”，不加分析、不分主次，使学生难以入门。例如：本课程针对学生的微机原理与接口技术4课程设置情况和所学内容在讲解计算机基础知识的内容时，对于计算机发展概述的内容因在计算机文化基础课已经讲述，所以就不再重复讲述。可以利用此学时重点去讲解计算机的工作方式有关的内容，使学生了解逻辑处理的三种实现方式（硬件布线逻辑方式、可编程逻辑控制方式和程序存储式的自动工作方式），这样就使学生在课程开始就对计算机的认识上，上升了一个层次，从宏观上了解计算机的用途，达到引人入境之感。再例如，对关于机器数与真值的概念讲解，强调“人为约定”的概念，机器数是人为约定的二进制数。再例如，讲解补码时，也决不能笼统说，而是重点讲解模的概念，突出模是一个进位数。以上的举例只是在第一章中的几个例子，通过教学的实际证明，学生得到很好的效果，重点突出了对学生学习能力的培养。（二）增加课程的实践教学环节对于计算机知识的学习有两种不同的学习方法：一种是侧重知识的学习，从原理入手，注重理论和概念；另一种是侧重应用的学习，从实际入手，注重掌握其应用方法和技能。不同的人应根据其具体情况选择不同的学习方法。对于非计算机专业的学生显然应当采用后一种学习方法。为了提高学生的实际应用能力，课程教学尽量增加实践教学环节。应当指出，检察学习的好坏的标准，不是“知道不知道”，而是“会不会用”，学习的目的全在于应用。所以，课程多注重实践环节，在微机原理与应用课程的指令系统讲解中，首先引导学生多上机练习，使学生不满足于“上课能听懂、教材能看懂”。有一些问题，别人讲半天也不明白，而自己上机练习就清楚了。这就是增加课程的实践教学环节的目的。（三）增加实例以拓宽学生的知识面在机电一体化系统课程、机电一体化系统课程设计，以及机电方向学生的毕业设计等教学环节中，大量需要典型的微机知识、接口以及编程技术。尤其在毕业设计方面，学生由于此方面的欠缺，对于有关机电课题方面的毕业设计，往往在完成机械设计以后，很难很好的完成机电结合的部分。针对这些情况，机械工程与自动化学院领导以及带机电毕业设计方面的老师一致认为应加强有关电子设计、应用方面的环节。为此课题在以下几个方面进行改进：第一、改革微型计算机原理与应用、单片机原理及接口技术课程的教学，开设CAI教学；第二、加强单片机原理及接口技术课程的实践教学环节，完善和开放机电控制实验室；第三、设计制作单片机应用系统的典型环节，如A/D、D/A、键盘、数码和LCD显示、通信、步进电机控制等模块；第四、力争多开设单片机原理及接口技术课程的综合实验课，为后续的毕业设计以及机电方面的学生就业打下坚实的基础。五、现行实践教学中存在的问题1重理论轻实践：由于微机原理与接口技术这门课程的理论教学较为重要，汇编语微机原理与接口技术5言程序设计难度大，课程涉及到CPU、存储器、中断处理、定时计数器，并行通信、串行通信、模数数模转换芯片的结构和原理，覆盖的知识面广，课程的软硬件系统关系非常紧密，对大多数同学而言，该门课程抽象、难学，容易导致学习兴趣下降。但是微机原理与接口技术课程的理论教学是实践教学的基础，许多知识学生也必须努力花时间去掌握，因此很多教师强调理论教学也是非常必要的，但是本门课程的实践性和应用性非常强，对于大多学生来说，许多知识只有通过实践教学才能真正的理解，特别当今大力提倡素质教育和创新能力培养，为社会培养合格的人才目标的教学理念下，必须重视实践教学的作用，改进教学内容,把实践课教学放到和理论教学同等的地位。2实践教学与专业培养目标脱节在目前微机原理与接口技术的课程教学中，主要讲解的是原理与结构和一些普通的应用，尽管教师反复强调本课程在今后的工作中的重要性，因课程教学内容与本专业培养目标联系不够紧密，再加上本课程知识点多，而学生为了应付考试知识死记硬背，忽视对知识的理解，从而无法对教学内容产生学习的兴趣，严重影响了教学效果。许多学生反映，一些学到的微机原理与接口技术的知识在具体工作中用不上。六、实践教学改革1实践教学内容改革实践教学是课程教学中的重要环节，尤其对于工科专业，因为教学的最终目的是要对学生技术应用能力的培养，树立工程的概念，将每一次实践作为一个工程来完成。这一点仅靠课堂讲授是解决不了的，必须通过实践教学环节加以实现，而且许多知识只有通过实践教学才能真正地理解和掌握，许多能力只有通过实践教学才能得到培养。为此，我们根据专业培养目标的要求，和专业教师一起研讨，对实验中的部分验证性的实验，例如数模转换实验，通常是正弦波发生器，我们根据本专业的特点，将其更换为心电信号发生仪器，同样达到了教学目的，同时又紧密结合了本专业的知识。实验系统在ROM芯片中固化有系统控制程序和实验程序，要求学生自己连接导线的地方教少，实验系统客观上为缺乏自觉性的学生提供了偷懒的机会，有些学生直接调用ROM中的程序就可以完成实验内容，结果实验虽然做了，学生却没有多少收获，所以指导教师的要求往往不能得到很好的落实。针对验证性实验许多学生完成以后不愿深入思考和理解的现象，教师根据实验情况，设计实验思考题，这些实验思考题需要仔细思考对实验程序和连接线作出修改后才能得到实验结果，从而引导学生去思考完成。传统的微机原理与接口技术实验教学内容的特点传统的实验教学内容一般包括基础性实验、设计性实验和综合应用性实验三个部分，有以下特点：（1）验证性质的基础性实验比重大，设计性和综合应用性实验偏少；（2）基础性实验偏重于理论知识验证，缺乏新颖性和趣味性，且与工程实际联系不紧密，而设计性和综合应用性实验由于要求学生在相对不多的学时内完成，难度较大，收不到应有的教学效果；（3）由于高校扩招，使得大专院校的生源质量逐年降低，学生的基础薄弱，接受能力不强，加之微机原理与接口技术理论教学的知识点多，每次实验结束，尤其是一些验证性实验，学生感觉不到有任何收获，产生厌学情绪。实验教学内容的改革思路为了克服传统实验内容的不足，突出实验课在整个教学过程中微机原理与接口技术6的重要地位，必须重新审定实验课的内容。既要保证实验课能够为理论教学提供支撑作用，又要实现培养学生实际工程设计能力的目的，从而使学生的综合实践能力在实验过程中得到有效的锻炼。实验教学内容的重新定位在重新确定实验内容时，必须考虑到两个方面：一是微机原理与接口技术课的知识体系结构和技能训练目标，二是学生的兴趣和实验效果。经过认真的研讨，选用8086CPU、8255A、8251、8253、8279、8259、8237、A/D及D/A等通用接口芯片作为16位微机实验教学的主要内容，仍然包括基础性实验、设计性实验和综合应用性实验三个部分，且做到循序渐进，即先基础、简单、局部，后扩展、复杂和整体。在选定具体的实验内容时，以那些具有趣味性、适用性、综合性的实验项目作为实验对象，实际操作中选定了数码显示、自动打铃器、霓虹灯控制、交通灯控制、多通道数据采集、直流电机调速、微机通讯、温度控制、数字式位移计、步进电机控制等12个项目，并将这些项目分成若干个子模块。在每次单元实验时，从中选取12个子模块作为学生的实验内容。这样，将一些有实际意义的研究项目融入到单元实验中，一方面有效地激发了学生的学习兴趣，另一方面也使学生的感性认识大大增强，实验更具针对性，实验效果良好。在实验内容的组织形式上采用阶段式结构，即将实验教学过程分为三个阶段：单元实验阶段、小型设计性实验阶段和大型综合性设计实验阶段。单元实验阶段以选取项目的子模块为主，实验任务单一；小型设计性实验穿插在若干个单元实验之后，要求学生采用单元电路模块组合的设计方法，实现具有一定控制功能的实用小电路。例如，霓虹灯控制实验可以由循环程序和8255A并口两个单元实验组合来完成。实验时学生很容易将两个单元实验时的相关内容通过组合、调整与改进，完成相应的实验任务。大型综合性设计实验也可以称为课程设计，一般为期两周，安排在实验教学的后期阶段，选题主要围绕上述12个项目的相关子模块，但系统构成相对复杂些，如炉温控制显示报警系统。这一阶段的目标是培养学生的综合设计能力。综合性设计性实验传统的一些综合性和设计性的实验如交通灯的控制、电子时钟、数字频率计对于培养学生的能力有着重要的作用，但是与专业知识联系不够紧密，学生虽然也比较感兴趣，但是认为对于专业没有多大作用，为此我们开发和设计了一些设计性项目如危重病人护理监测系统,病人呼叫系统,心率计,电针灸治疗仪等供学生作为课外的课程设计项目。这些项目涉及到微机原理与课程的各个方面，综合性较强，比如危重病人护理监测系统涉及到模数转换，并行接口芯片的使用，病人呼叫系统涉及到并行接口和串行通信，还有些设计项目与其他专业课程紧密相联，如心率计要同时掌握医学信号处理心电QRS波的识别等知识，也可大大提高学生的程序设计能力。在教学实际中因实验条件等关系还不够完善有待改进，还不能成为一个真正的实用的系统，应用到实际工作中去，我们对学生提出的要求设计出尽量能模拟出真实的应用环境的系统，实际上这也是对学生能力的一个考验，学生也会去查阅医院中这些医学仪器相应的资料和微机在这些医学仪器中的应用，对学生掌握微机原理课程和专业课程知识都是一个促进。2实验教学方法的改革在传统的实验教学方法中，一般先由实验指导教师详细地讲解实验原理、方法及步骤，然后让学生按照实验教材所列步骤一步步去完成，而且有些教材甚至把实验需要的程序、机器码、接线图、接线方法、程序输入方法等都一一列了出来，使学生不需要动脑，直接动手接线、输入程序就可以完成实验，若实验中出现问题也是立即去找教师解决，很少主动思考，这样的实验效果可想而知。为此，笔者在实践教学过程中进行了如下改革：安排实验预习内容学生做好实验预习是完成实验的第一步。每次实验前，布置好预习的微机原理与接口技术7内容，要求学生必须结合自己所学的理论知识，通过查阅有关资料，获得实验的第一手资料，做到实验目的明确，实验原理清楚。布置实验任务实验时，不向学生提供具体的、详细的实验电路与程序，只提出具体的实验要求，让学生通过自己的预习以及对实验要求的理解和分析，自行设计实验方案，独立编写实验程序。合理地安排实验方式在实验的组织形式上，采取学生分组实验的方式，即单元实验一人一台套实验器材，两人为一组，可相互交流；小型设计性实验是两人共用一台套实验器材，两人合作设计；大型综合设计性实验为4人共用一台套实验器材，共同讨论设计。实验过程中难免出现一些问题，这时教师应尽量要求学生先进行相互交流与讨论，对一些学生解决不了的问题，教师可引导学生对实验内容和步骤进行分析和检查。这样，学生就会积极主动地去思考、去分析，从而大大激发了学生学习的积极性和主动性。教师做好演示实验首先，教师的演示实验内容并不等同于学生实验内容，但与学生的实验又有一定的关联，切不可让学生可以照搬照抄。其次，应着重讲演示实验的设计思想、设计方法，操作示范要细致，让学生能够从教师的示范中获得启发。突出学生的主体地位实验过程是学生进行思维训练、提高分析问题与解决问题能力的重要实践活动，整个过程应以学生为主体，鼓励学生动手、动脑，采用多种方式去完成实验任务。加强对实验过程的管理教师应督导学生实验操作的全过程，提醒学生实验中应注意的事项，督促学生准确记录实验结果，规范学生的实验报告。要求学生将实验过程中的实验数据分析、系统结构图、编制的程序以及调试运行情况和体会认真填写在实验报告中，这样每做一次实验，相当于完成一个小课题的研究，可大大提高学生运用知识的能力，也有利于培养学生的综合设计素质和科学严谨的实验精神。微机教学实验室采用相对定时开放方式结合我校实验教学班级不多的特点，主要针对设计性实验，采用定时开放方式，在时间上给予充分的保证，允许学生根据自己的需要申请进入实验室进行实验研究。同时，安排相应的指导教师对学生的实验过程给予指导和帮助。3与学生课外科技活动紧密结合我校每年有大学生科研基金供学生申报科研项目，在培养学生基本技能的基础上，鼓励学生将微机原理与接口技术的课程知识和本专业相结合为题，申报学生科研项目，并且与指导老师的科研项目相结合，使他们在科研活动中，培养自学能力和分析问题和解决问题的能力，开发创造能力。由于学生科研项目是一个团体项目，通过部分学生的努力学习，还可以激发更多学生的去学习和思考。同时我校每年要组队参加大学生电子设计竞赛，大学生电子设计竞赛是发挥学生创造性和创新性最好的平台，电子竞赛的许多题目涉及到微机应用系统设计。学生通过参加电子竞赛的培训和参赛，能深入理解微机原理与接口技术的知识，并能将其运用到实际工作中去。七、形象化教学法的应用课堂教学效果的提高除了合理的组织教学内容，设计教学过程外，还采用多种教学方法，特别是形象化教学法。形象化教学法即用日常熟悉的、简单的、容易理解的现象解释陌生的、复杂的、抽象的、不易了解事物和不易理解的概念。或应用视频形象化地将复杂的工作过程和抽象的概念展示出来。形象化教学法有效的提高了学生对抽象概念和事物的理解。在“微机原理”课程中，存储器编址和寻址方式是学生不易理解的难点，我们将存储器比微机原理与接口技术8作一幢办公大楼，每个房间好比存储器的每个存储单元，为了方便使用和管理，通常办公楼房间的门牌号是按楼层号序号进行编排的，每个楼层有不同的单位或职能部门。存储器的存储单元地址的编排也类似，段地址好似楼层号，不同的段有不同的用途；偏移地址好似门牌号中的序号，由于我们到了相应楼层后，只找序号就可以找到相应的房间，因此偏移地址也称为有效地址。例如，办公楼201房间有4位老师，其中2是楼层号，01是本楼层房间序号，房间的内容为4位老师；相应的，若存储器地址为21000H，2000H为段地址，存储在CPU内部的数据段寄存器DS中，1000H为该段的一个存储单元，存储在通用寄存器中，存储单元内部存储的是数据或是一个存储单元的有效地址数据。于是段寄存器中的数据和通用寄存器中的数据通过CPU内部地址累加器输出地址信息21000H，这样CPU执行部件就可以在内存找到相应的数据。通过这样形象化的比拟，学生很容易理解段地址、偏移地址（有效地址）、物理地址的概念。有了对存储器地址和存储单元内容的理解，就很容易的理解各种寻址方式，这样也可以对看不见的存储器内部结构有清析的概念，同时借助DEBUG软件可以很好地掌握各种寻址方式下存储器的变化。形象化教学法在寻址方式教学中的应用是采用多媒体动画展示，例如，堆栈PUSH和出栈POP这一对指令的学习中，以前很多同学掌握了堆栈的物理意义和作用以及压栈出栈的原则“选进后出或后进先出”，但是遇到如下程序段，就感到疑惑：先进为什么先出了？PUSHAXPUSHBXPOPAXPOP&nbsp；BX其中AX1234H，BX5678H，对于这样的问题，除了强调指令的用法，我们还用多媒体动画的形式展示，屏幕左面为动漫存储器的变化，右边为逐条显示指令，这样每显示一条指令，左边图像显示变化，这样形象、直观的讲解指令，同学们很容易了解到堆栈指令将寄存器内容压入堆栈段，出栈则是将内存中的内容送入指令中的寄存器，同时也可很好的理解SP指针加减2的变化规律。优化实验效果的评价传统的实验成绩评定主要依据学生的平时实验情况和实验报告。但因为实验教学内容的确定性很强，学生的平时实验情况差别不大，同时学生的实验报告也基本上千篇一律，这就造成实验成绩评定的不准确性。为此，在实际的实验效果评价过程中，笔者进行了具体细化：（1）强调学生的预习效果。每次实验前，学生需要准备实验参考资料、实验初步方案、实验草图、程序框架等。实验时检查预习报告。（2）学生实验过程中的表现及完成情况。这部分重点检查学生的操作熟练程度、实验态度、实验完成情况等。（3）学生的实验报告。实验报告详细地记录了学生的实验方案、实验数据分析、系统结构图、编制的程序以及调试运行情况和心得体会等，为防止抄袭行为，本部分采用“奖惩制”，对于雷同的实验报告，一方面采用问答式核查，另一方面对双方给予罚分处理，鼓励学生采用多种方案去实现实验要求，对有创新的设计方案给予奖励。（4）采用实验考核。最后一次实验课，可安排一次故障排除实验，或进行一次综合性实验的答辩考核。教师设计问题、提出问题，学生来解决。结合上述四个方面给学生一个综合性的成绩评价，对衡量学生的实验能力具有一定的客观性，有利于提高学生的学习积极性。通过微机原理与接口技术实验课的教学实践，我感受到，优化更新教学内容、改进教学方法，对提高大专院校毕业生的实际动手能力和工程设计能力具有十分重要的意义。八、结束语微机原理与接口技术9本文对如何提高微机原理与接口技术课程教学质量和如何将微机原理与接口技术课程教学与专业课教学相结合做了一些探讨，实践证明，这样的教学改革是受学生欢迎的，大多数学生反映，他们已认识到本课程的重要性，学习的主动性和学习的积极性提高了，对于如何将微机知识应用在本专业有了一定的体会。在今后的教学实践中，我们将在现有的教学改革基础上，通过反复实践和探索，更好地实现将微机知识熟练应用到本专业中工程技术人才的专业培养目标。参考文献1.微机原理里与接口技术(第2版)彭虎、周佩玲、傅忠谦、编著电子工业出版社出版时间：2008-4-12.汇编语言程序设计实验指导蔡启先，王智文，黄晓璐编著清华大学出版社出版时间：2008-3-13.汇编语言程序设计张晓明，白凤凤，李雅红编著国防工业出版社出版时间：2009-1-14汇编语言实验教程张坤编著清华大学出版社出版时间：2008-7-15.汇编语言程序设计教程(第二版)卜艳萍，周伟编著清华大学出版社出版时间：2007-6-1