《微機系統與接口技術(shù)》實(shí)驗設計分析

一、引言

《微機系統與接口技術(shù)》課程是通信、電子、信息工程、自動(dòng)化、機械電子及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎課程。在該課程的教學(xué)中，學(xué)生對8086系統中的內存訪(fǎng)問(wèn)、可編程接口芯片與CPU的接口設計以及匯編語(yǔ)言編程感到非常抽象難以掌握，而現在的基于固定實(shí)驗箱的實(shí)驗方法由于其內部線(xiàn)路已經(jīng)連好、實(shí)驗內容固定、實(shí)驗方法固定、實(shí)驗地點(diǎn)固定和實(shí)驗時(shí)間有限的問(wèn)題，沒(méi)有足夠的機會(huì )給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習、練習和實(shí)踐所學(xué)知識。另外，教學(xué)實(shí)踐中往往先進(jìn)行理論教學(xué)后實(shí)驗教學(xué)，使課程的理論部分與實(shí)驗部分脫節，上述問(wèn)題逐步成為本課程發(fā)展的障礙。本文基于筆者所在教研組的教學(xué)實(shí)踐，討論《微機系統與接口技術(shù)》課程實(shí)驗教學(xué)在內容和方法的設計改革方法。

二、關(guān)于實(shí)驗內容的探討

1.實(shí)驗內容要從分散性向系統性改變。該課程本身系統性非常強，目前大多院校幾個(gè)開(kāi)設該課程的專(zhuān)業(yè)，實(shí)驗內容從要求上一般分為：驗證性、設計性和綜合性，從內容上又分為：軟件實(shí)驗和硬件實(shí)驗。實(shí)驗內容的設計不管哪種分類(lèi)都比較零散，常常一個(gè)芯片一個(gè)實(shí)驗，兩個(gè)實(shí)驗常常處于割裂狀態(tài)，導致學(xué)生分割地去看待每個(gè)實(shí)驗所學(xué)習的知識，這與課程本身的特點(diǎn)和要求相悖。在多次實(shí)驗中，學(xué)生慢慢失去學(xué)習興趣，教學(xué)效果不理想。

以上的問(wèn)題對實(shí)驗教學(xué)提出挑戰。教師在設計實(shí)驗內容時(shí)應從整體上把握本課程實(shí)驗設計的所有知識點(diǎn)，再從系統的角度出發(fā)，設計合理的實(shí)驗內容，盡量包含本課程的所有知識點(diǎn)，如8086與內存的訪(fǎng)問(wèn)、與8255并口芯片接口、與8251串口芯片接口、與8253定時(shí)器芯片的接口與8259中斷控制器接口、8259與其他接口芯片間的接口、與8237DMA控制器以及8237與其他接口芯片間的接口。實(shí)驗內容要求整體上具有實(shí)現某種功能系統性，而細分到每次實(shí)驗恰好又是與課堂所學(xué)理論知識點(diǎn)的同步具體體現。這樣學(xué)生在*次做實(shí)驗時(shí)就形成系統的概念，理解系統的各個(gè)組成部分，其后的每次實(shí)驗就是在原有系統上增加模塊，向完整的系統更近一步。整個(gè)知識點(diǎn)學(xué)習完成時(shí)，多次的實(shí)驗形成了一個(gè)大系統，學(xué)生進(jìn)一步加深理解該課程的工作原理和特點(diǎn)，掌握芯片設計應用的同時(shí)，充分理解知識的系統性。

2.實(shí)驗內容要與專(zhuān)業(yè)方向、實(shí)際應用緊密。上述的系統性的實(shí)驗可以認為是多個(gè)基礎性驗證性實(shí)驗的綜合體。當然為了課程需要，該課題往往還需要設計性或者綜合性實(shí)驗。在實(shí)驗選題上除了考慮系統性外，還有一個(gè)重要的方面就是要考慮實(shí)驗與專(zhuān)業(yè)方向和實(shí)際應用的緊密。由于本課程作為多個(gè)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課程，對專(zhuān)業(yè)的學(xué)習起著(zhù)非常重要的作

用。學(xué)生對學(xué)完這門(mén)課我到底知道什么？能做什么？對今后其他課程的學(xué)習和專(zhuān)業(yè)的學(xué)習到底有什么作用？這些問(wèn)題都非常關(guān)心。目前各專(zhuān)業(yè)在本課程的教學(xué)中大多專(zhuān)業(yè)區別不明顯，并沒(méi)有顯示出專(zhuān)業(yè)特色。所在的教研組通過(guò)多年的教學(xué)試驗發(fā)現在實(shí)驗、實(shí)習、課程設計課程中，學(xué)生對那些專(zhuān)業(yè)性較強的且與實(shí)際應用緊密相關(guān)的課題非常感興趣（如音樂(lè )播放器、電子琴、智能小汽車(chē)等），并會(huì )付出更多努力去實(shí)現學(xué)習要求，學(xué)習主動(dòng)性和積極性明顯增高，教學(xué)效果也因此大大提高。因此，對于電子、自動(dòng)化、通信以及機械等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，不妨在設計綜合性實(shí)驗時(shí)也兼顧到各自的相關(guān)專(zhuān)業(yè)的應用背景，增強本課程的專(zhuān)業(yè)性和實(shí)用性，提高學(xué)生的學(xué)習興趣。

三、關(guān)于實(shí)驗方法的探討

1.因材施教，提供多層次的實(shí)驗要求。在教學(xué)中應以學(xué)生為主體，充分了解學(xué)生的學(xué)習和掌握知識的情況后，在原有的基礎性實(shí)驗內容上提出設計性實(shí)驗的不同層次要求。筆者在教學(xué)中以實(shí)驗室現有的實(shí)驗系統為平臺，為每個(gè)實(shí)驗都設計了不同層次的要求，學(xué)生根據自己的能力，選擇不同的實(shí)驗要求。下面以"8255并行接口"實(shí)驗為例，談?wù)剬?shí)驗多層次要求的構思。（1）實(shí)驗目的：學(xué)習并掌握8255的工作方式及其應用；掌握8255典型應用電路的接法。（2）實(shí)驗內容：①基本輸入輸出實(shí)驗。編寫(xiě)程序，使8255的A口為輸入，B口為輸出，完成撥動(dòng)開(kāi)關(guān)到數據燈的數據傳輸。要求只要開(kāi)關(guān)撥動(dòng)，數據燈的顯示就發(fā)生相應改變。②流水燈顯示實(shí)驗。編寫(xiě)程序，使8255的A口和B口均為輸出，數據燈D7-D0由左向右，每次僅亮一個(gè)燈，循環(huán)顯示，D15-D8與D7-D0正相反，由右向左，每次僅點(diǎn)亮一個(gè)燈，循環(huán)顯示。（3）實(shí)驗設計的具體思路：①看懂實(shí)驗指導書(shū)提供的實(shí)驗步驟和參考程序，逐條讀懂，并寫(xiě)出注釋?zhuān)凑詹襟E完成實(shí)驗演示；②在①基礎上，調整流水燈的流水方向由右向左，重新修改程序，完成實(shí)驗要求；③鼓勵學(xué)生在看懂電路和實(shí)驗要求后，自己編程，實(shí)現流水燈顯示實(shí)驗，并能夠控制流水的方向；④給出交通燈工作原理及其要求（東西南北四個(gè)方向各有紅燈和綠燈，設南北方向為主道，其綠燈亮的時(shí)間為東西方向綠燈的2倍，在綠燈變?yōu)榧t燈前綠燈先閃爍5次，然后綠燈滅，紅燈亮），讓學(xué)生在現有實(shí)驗平臺上提出具體方案，畫(huà)出流出圖，編寫(xiě)程序，并在實(shí)驗箱上演示效果。結果表明，電子專(zhuān)業(yè)四個(gè)班級中大概有10%到15%的學(xué)習能力較強的同學(xué)能夠在實(shí)驗前進(jìn)行預習、設計，并初步完成要求（4）的任務(wù)，zui終在實(shí)驗中實(shí)現系統完成演示。有30%的學(xué)生能夠在實(shí)驗前進(jìn)行編程，并初步完成要求（3）的任務(wù)，在實(shí)驗中完成演示。50%的學(xué)生能夠在實(shí)驗前進(jìn)行編程，并初步完成要求（2）的任務(wù)，在實(shí)驗中完成演示。5%左右學(xué)生選擇完成任務(wù)（1），基本達到實(shí)驗的要求。由此可以看出，此教學(xué)方法取得了較好的效果，大多數學(xué)生具有較濃的學(xué)習興趣，15%的學(xué)生具有較高的學(xué)習能力，能夠在實(shí)驗中得到充分的鍛煉。
2.借助仿真軟件，融實(shí)驗與理論一體。國外一些高校，在實(shí)踐性較強的專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)過(guò)程中堅持做到理論與實(shí)驗的學(xué)時(shí)對半分，如該課程一共64學(xué)時(shí)，則理論和實(shí)驗各占32學(xué)時(shí)。另外，在碰到一些難以接受的理論知識點(diǎn)的講解時(shí)直接在實(shí)驗室進(jìn)行教學(xué)，將理論教學(xué)與實(shí)驗教學(xué)融為一體，做到邊教邊學(xué)，邊學(xué)邊用，從而提高教學(xué)效果。國內高校由于學(xué)生人數多，教師、實(shí)驗室資源相對不足等原因，不能*照搬國外的教學(xué)方法。近年來(lái)計算機輔助設計軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，為上述問(wèn)題提供了良好的解決方案。

在理論教學(xué)中借助EMU8086軟件，將程序的編寫(xiě)、修改、匯編、連接以及單步調試等方面進(jìn)行演示教學(xué)，學(xué)生很快就掌握語(yǔ)句的應用和學(xué)習方法。另外，學(xué)生還可以借助此軟件自主地利用課余時(shí)間去學(xué)習新的語(yǔ)句、理解不懂的語(yǔ)句以及編寫(xiě)各種程序。在實(shí)驗教學(xué)中，通過(guò)上述的教學(xué)方法，學(xué)生能夠在軟件平臺上理解相關(guān)電路并自主地編程程序，學(xué)習過(guò)程不再依賴(lài)于實(shí)驗室固定的時(shí)間、空間、設備和實(shí)驗內容的限制，可作為傳統實(shí)驗教學(xué)的有益補充。此外，在省、校、院級大學(xué)生創(chuàng )新項目、本專(zhuān)業(yè)實(shí)踐類(lèi)課程教學(xué)中如Project、課程設計、畢業(yè)設計等環(huán)節，學(xué)生利用虛擬實(shí)驗系統進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)微處理器系統。