微机原理与接口技术实验平台的建设与实践 教育论文

吕巍 黄蔚 张立明

【摘要】针对微机原理与接口技术实验在本科生培养的重要性,从实验内容设计指导思想、实验教学体系结构、实验效果方面构建了一个可以激发学生主观能动性的开放式微机原理与接口技术实验教学平台。

【关键词】微机原理 接口技术 32位微处理器

【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

【基金项目】吉林大学微机原理与接口技术实验平台的建设(项目编号:S2012-51)。

【中图分类号】TP311【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)11-0251-01

微机原理与接口技术实验是通过理论学习和实验使学生具备基本的微机系统设计,维护与软硬件开发的能力。由于现代计算机技术的快速发展,以Intel 80×86(32位)高级微处理器为核心、Windows操作系统为主流应用环境的微机系统日益普及,基于此类微机系统的应用性开发也随之不断增加。为了顺应这样的变化,提出了改进实验教学内容,提高实验教学效果的实践,努力做到“倡导启发式、探索式、讨论式、参与式教学”, 培养出适应社会需求的人才队伍。

1.实验平台的总体框架

1.1 硬件构成

(1)采用嵌入式单板计算机系统:

Intel i386EX CPU, 最高处理速度:24MHz,32位

RAM/ROM 存储容量:128K(RAM),128K(ROM)

PC104总线接口

(2)采用的实验平台提供全开放的80×86系统扩展总线,具有80×86微机时序的16位数据总线(XD0-XD15)、地址总线(XA1-XA20)和中断请求信号INTR、DMA控制信号HOLD/HLDA、存储器读写控制信号MWR/MRD,存储器高位字节使能信号BHE/BLE等总线信号。

(3)实验平台上具有全开放的接口实验电路:16位存储器(62256二片)、8237、8254、时钟源(18.4K/184K/1.84M)、LED点阵显示、直流风扇及温度控制电路等。

(4)扩展电路单元:

具有集成电路扩张插座。

可选配128?鄢64点阵图形LCD、CAN总线通信、红外通信等应用模块。

可选配TD-51开发板,全面支持51单片机应用和开发。

1.2软件构成

(1)具有在Windows2000/XP系统中的80×86微机调试开发软件,该软件可支持80×86指令的汇编语言或C语言的源语言级编程和调试,具有16位寄存器和32位寄存器状态切换,具有汇编语言和C語言选择,具有单步、跳过、断点、连续、变量跟踪等调试手段,可高水平地实现实验程序的动态调试,全面支持80×86实模式和保护模式程序的调试和开发,支持实模式和保护模式下的多中断源实验、存储器扩展实验、DMA应用实验等。

(2)具有虚拟示波器功能界面和控制应用实验专用图形界面。

2.实验内容的指导思想

在课程内容设计指导思想上,建设思路是减少验证性实验,增加综合性、研究性和自助式实验。结合《微机原理与接口技术》等相关课程的教学内容,拟在实验中建立32位微机实验教学体系和相关的实验内容。可以将教学的内容分为微机原理和微机接口技术两部分。微机原理旨在从更高层次上学习和掌握80×86微机原理,重点讲清32位微处理器的实模式、保护模式和虚拟86模式的工作机制,特别是32位微处理器保护模式的学习。包括了CPU在保护模式下操作的各种应用数据结构、存储管理、中断异常处理和任务管理。由于32位微机接口技术与现代PC机密切相关,可以从围绕PC机内部构成原理及常用接口芯片的使用和PCI总线技术及应用来开展。主要学习对微机资源的基本操作和常用接口芯片的编程应用,以及PCI总线的应用扩展和在Windows下开发设备驱动程序的方法。本实验教学内容中,配备Windows下的汇编和C源语言调试界面,具有16位寄存器和32位寄存器状态切换,具有汇编语言和C语言选择,具有单步、跳过、断点、连续、变量跟踪等调试手段,可以高水平的实现实验程序的动态调试,全面支持80×86实模式和保护模式原理及接口技术的教学实验。选择了单片机和微机均能控制的题目,即一个实验题目均可采用两种不同的实验手段。这样,不仅节约了资金和设备,而且又开阔了学生的思路,加强了学生创新设计与综合实践能力的训练和培养。

3.实验教学效果

(1)通过每届500多学生,每学期48学时实验教学训练,让每个学生融合所学的计算机理论知识,掌握计算机接口与控制电路的设计与分析的基本技能,能够具备电路设计、工程应用及程序的编制能力。为深入学习计算机控制与应用、嵌入式等后续实验打下坚实的基础。

(2)通过实验使学生加深对微机原理的理解并养成学生独立思考,运用理论知识分析问题和解决问题的能力。自主查询目前较为先进器件的使用方法和分析其原理,对提前完成实验的学生,建立优秀学生档案,保存优秀实验报告及实验程序,实验教师再单独指派实验题目并可参加科研项目研发。

4.结束语

只有不断进行实验内容改革,将理论与实践教学相结合,从单一的传授理论知识向培养学生独立分析和解决设计问题能力的转变,将有代表性、先进性、实用性的实验贯穿于培养过程。才能不断提高教学质量,提高学生自身素质,把高校变成培养创新人才的重要基地。

参考文献:

[1]姚琳.微机原理与接口技术[M].清华大学出版社,2010.

[2]谢显中.微机原理与接口技术[M].电子工业出版社,2011.

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