“微机原理与接口技术”教学方法研究与课程建设探析

摘要：基于“微机原理与接口技术”课程现状与基本要求，阐述了课程特点与课程目标，对教学方法与教学手段进行了探讨，描述了精讲多练、演练结合、教与学融为一体的方法。阐述了自主学习与加强实践的教学方法，考核采用闭卷考试和一页纸考试相结合的方式，避免记忆大量指令，由此提高考核内容的深度和广度。采用Proteus仿真软件提供全面的动态教学演示，应用Proteus仿真软件将8086与DAC0832芯片连接实现了波形显示。

关键词：自主学习；Proteus；考核方法；教学实践

作者简介：艾红（1962-），女，重庆人，北京信息科技大学自动化学院，副教授。（北京 100192）

基金项目：本文系北京信息科技大学“微机原理与接口技术”课程建设的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0099-02

“微机原理与接口技术”是工科电子类非计算机专业的专业基础课程，课程覆盖面大，是工科学生学习和掌握计算机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程。引导学生从应用角度出发，在理论和实践方面掌握微机的基本硬件构成和工作原理，掌握微机系统中各个芯片的使用方法，使学生具有应用软件编程和硬件设计的基本能力。接口部分的重点是输入与输出方式和可编程接口芯片应用。课程是学生进入IT领域的必修课，也是一些学校对应学科硕士研究生入学考试的科目之一。北京信息科技大学（以下简称“我校”）自动化学院的自动化专业、电气工程与自动化专业、智能科学与技术专业都要学习“微机原理与接口技术”课程，讲授内容包括总线技术、存储器技术、中断技术、并行接口技术等，重点讲解中断系统和并行接口应用分析及设计技术，介绍计算机体系结构。[1，2]

一、课程特点与课程目标

目前“微机原理与接口技术”的课程学时缩短。软件内容是汇编语言，硬件是计算机体系结构、三大总线、存储器、中断、并行接口芯片和定时器芯片应用。为使课程知识体系与现代微机技术的高速发展相适应，课程的基本要求是学生能够以微处理器、总线、接口和程序设计为主线，正确建立微型计算机系统的整体概念，理解CPU 和I/O接口的结构和工作原理，进行存储器和接口芯片的合理选用，并根据不同的要求确定和分析系统的硬件结构和软件编程，实现定时、计数、I/O口控制、按键与显示等功能。课程特点是基础性强，是计算机硬件、软件和系统的重要基础课；概念抽象，如芯片内部结构、时序、寻址方式、定时器工作方式、地址译码和中断等；内容繁多，包括硬件体系结构、汇编语言程序设计、存储器系统、总线以及接口设计；同时还具有很强的工程实践性。课程内容包括微机基本概念、基本系统、微机接口设计和微机系统综合应用。学生在完成“微机原理与接口技术”课程学习后，能够为进一步学习仪器仪表、测试控制、计算机控制等课程奠定必要的理论基础，为以后从事相关工作奠定微机软件与硬件应用的基础。

二、精讲多练，演练结合

多种教学方法的灵活使用有利于提高教学质量，活跃教学气氛，增进师生交流。多媒体教学能够用动画描述信号的流动，演示访问存储器和I/O时序的配合。由于课程本身原理性比较强，讲授过程还必须依靠传统的教学模式。讲解主要编程例题时，可以用黑板板书进行讲解。在微机系统中包括了数据信号、地址信号和控制信号所组成的综合信息，它们之间有着密切而复杂的逻辑关系。由于微处理器数据总线宽度和地址总线宽度往往与存储芯片不匹配，要正确连接数据总线和地址总线，分析控制信号线的连接方法，实现存储器芯片读、写信号与微处理器的连接，根据译码电路生成片选信号。课程特点是教学内容多，有难度，力求做到纵观全书，抓住关键，突出重点，解决难点，对于具有共性的疑难问题给予重点讲解。对于重点习题，可以让学生在黑板上做出答案，教师分析并讲解，调动学生在课堂上的主动性和参与性。

微机原理涉及较多的软硬件知识，教师可采用不同的教学方法因材施教。全部内容通过课堂讲授及结合典型实例进行。在教学方法上改变以往传统的讲授方式，可以将实际微机实验设备引入教室，边讲解边演示，产生情景教学效果。精讲多练是信息社会条件下适合学生特色的一种教学方法，在课程教学过程中可以穿插Proteus软件进行操作演示，利用软件在课堂上演示，对寄存器使用和程序执行都有深刻理解。可以应用debug 进行汇编语言程序的调试，利用多媒体现场演示纠正程序设计中的错误。另外把做好书面习题的任务当成一种扎实掌握理论基础的练习，并安排一定学时的习题课，对作业中错误较多的地方提出来让学生共同讨论。

三、自主学习与考核方法

1.自主学习与加强实践

教学中与实践环节密切配合，有针对性地指导学生参加开放实验和大学生科技创新计划，增加微机原理与接口技术的实战经验，促使学生成为“我要学、我要做”。应用Proteus软件可以使学生学习元器件选择、放置和连线，总线连接以及放置网络标号，学习硬件原理图的绘制，实现软件程序编写与硬件设计的结合。应用Proteus软件在没有实验设备的情况下可以看到程序执行的结果。加深理解微机原理与接口技术的主要接口芯片如可编程外围接口芯片8255A、可编程计数器/定时器8253和数模转换DAC0832等的工作原理。在某些章节的教学内容完成后，可开展一次讨论课，以某个项目为中心内容，引导学生使用Proteus软件完成硬件电路设计和软件编程，促进理论和应用的结合，培养学生自主学习能力。比如在讲完可编程接口芯片8255A后，完成按键与显示的硬件電路设计和程序编写，使学生对微机原理和接口芯片的工作原理有一个深入的理解。利用Proteus软件编程与硬件连线画图可以演示接口芯片工作原理和程序执行效果。例如采用8255A芯片与8个按键相连，方式1有一个选通信号STB接在8255A的PC4上，当STB有效时，将8个开关的状态读入并反映在8个发光二极管上，8255方式1控制按键显示结果如图1所示。8255A的PA口=10111010B，送到PB口对应点亮小灯。PB口对应位为1，小灯点亮。

2.考核方法

“微机原理与接口技术”是一门具备一定硬件知识和软件编程能力的课程，考核成绩由期末考试、平时成绩和实验成绩共同决定。实验成绩根据学生做实验时的态度和编程能力以及程序调试过程与结果给出较合理的评定。期末考试可以采用闭卷考试和一页纸考试相结合的方法。增加考核内容的深度和广度，避免学生在记忆一些细节和不常用的指令上花功夫。重点考核微机原理与接口技术的应用能力。卷面上提供接口芯片寄存器命令字和工作方式选择字的格式，学生在自己的一页纸上可以记录总结一些重要内容或者范例。相比于闭卷考试，一页纸方式的考核使“微机原理与接口技术”出题范围和难度都有所提高，考试更加具有针对性，有助于学生复习掌握重点内容。教学中可以设置一些问题对学生进行提问，对要解决问题的重点内容进行探讨，也有助于对学生平时成绩的评定。考核方式还要包括考核学生回答问题的能力、完成作业以及在实验课中的动手能力。

四、课程建设使教与学融为一体

改革以往的“教师为中心”的教学观念，教与学融为一体。在以往的课堂教学中，教师是课堂的中心，采用“满堂灌”的教学方法。教师应努力探讨适合本校学生的教学模式，根据大部分学生的学习基础和接受能力，制订合理的教学方法。在注重基础理论知识教学的同时，增强“微机原理与接口技术”课程内容在课内和课外的练习机会。为学生提供软件编程工具，使学生可以随时练习并检验课程的学习效果。课程的内容并不需要到实验室借助于实验设备做实验才可以体会，学生在课堂上可以带上笔记本，随着老师一起运行主要指令，深入理解指令执行的结果并动手实践。观察主要寄存器，标志寄存器的结果和程序指针的工作情况，了解堆栈概念，理解中断技术的主要思想和难点，为今后从事嵌入式系统等开发工作奠定坚实的计算机体系结构的硬件基础。采用大量的动画演示帮助学生理解和掌握复杂的内容，如CPU内部如何工作、指令如何寻址、中断如何实现嵌套、8255方式1工作原理与过程、联络信号使用等。Proteus仿真软件可以提供全面的动态教学演示，让枯燥乏味的课堂理论讲述变得更为直观生动。应用Proteus仿真软件进行接口芯片功能实现的显示。图2是8086与DAC0832芯片连接实现了锯齿波显示。DAC0832是数模转换芯片，可以实现显示不同波形。如方波、三角波和锯齿波等。

五、结束语

积极探索“微机原理与接口技术”课程的特点和教学方法，在教学过程中形成实用、典型的教学案例和教学思路，摸索出一套因材施教的教学方法。目前自动化学院有80套微机原理与接口技术的实验设备，有近10人的主讲教师和实验室教师的队伍，为“微机原理与接口技术”课程的开设奠定了坚实的基础。坚持理论教学与实践教学并重，精心设计教学内容，开设种类丰富的实验内容，开设具有应用背景的综合性实验课程，可以提升学生的学习能力。课程教学質量直接影响到学生学习兴趣和学习效果。笔者将在优化“微机原理与接口技术”的教学资源，改革教学内容和教学方法，有效应用现代教育技术进行课程建设等方面做努力，进一步提高计算机硬件和体系结构教学的质量，满足不同专业对学生计算机硬件应用能力的要求。并真正促进学生自主学习、实践和创新能力的提高，培养出更多高素质的计算机硬件和软件的综合应用人才。[3，4]

参考文献：

[1]汤晓安，王文惠，郝建新，等.精讲多练打造微机原理与接口技术精品课程[J].高等教育研究学报，2007，30（2）：58-59.

[2]金文，张惠群，陈曦.微机原理课程设计的改革与实践[J].中国大学教学，2012，（10）：49-50.

[3]张雪征.微机原理与接口技术课程教学方法探讨[J].高等教育研究，2011，28（3）：36-37.

[4]杨奎武，郭渊博，李长胜.微机原理与应用项目驱动式教学方法[J].中国教育技术装备，2013，（18）：77-78.

（责任编辑：王意琴）