微机系统与接口技术

Microcomputer System & Interface Technology

一、课程的性质和目的

课程性质：本课程是电子信息工程、电子科学与技术、通信工程、微电子科学与工程专业必修的一门专业课。

目的：

1、使学生理解现代微型计算机的组成及工作原理，掌握微机的关键技术；

2、通过对半导体存储器的学习，使学生了解不同类型存储器的特点及应用，并能理解、掌握存储器与CPU的连接；

3、通过对可编程接口的学习，使学生理解有关概念及可编程器件的使用方法；并能正确认识CPU与I/O设备的数据传送方法及各种方法的特点；

4、能熟练地用汇编语言编写应用程序；

5、通过课堂教学和实验使学生有一定的微机综合应用能力。

二、课程教学内容及基本要求

《微机系统与接口技术》课程为电子信息类专业的主干专业课，是以理论和应用为主的工程技术类课程，应在修完计算机基础课程及电工电子学课程以后开设，要求学生掌握微型计算机的基本结构和工作原理，掌握8086/8088微型计算机的指令系统和汇编语言程序设计方法，掌握8086/8088 CPU与存储器的连接方法，掌握输入输出的基本概念以及中断技术和接口技术，学会对I/O接口芯片的编程及使用。本课程内容兼顾硬件和软件两个方面，具有实践性强、涉及知识面广的特点，为学生今后分析和设计微机应用系统打好基础。

（一）课程教学内容及知识模块顺序

1．知识单元一: 微型计算机概述（2学时）

（1）知识点一：计算机的发展概况

（2）知识点二：微处理器及微型计算机

（3）知识点三：微型计算机系统

（4）知识点四：计算机中的数据表示及编码

教学基本要求：

重点掌握计算机内部信息表示方式，BCD码运算和ASCII码。难点在于理解补码的概念和掌握补码的运算。了解微处理器及微型计算机的组成结构和主要性能指标，了解微型计算机系统的组成部分。

2．知识单元二: 微处理器（4学时）

（1）知识点一：8086/8088微处理器的内部结构和寄存器结构

（2）知识点二：8086/8088微处理器的引脚及功能

（3）知识点三：8086/8088微处理器的存储器组织和I/O组织

（4）知识点四：8086/8088微处理器的系统配置和基本时序

教学基本要求：

重点掌握8086微处理器内部结构与工作原理，寄存器结构、存储组织以及物理地址的计算方法。难点在于理解溢出的概念、8086CPU的工作时序、存储器的分段技术、物理地址的形成。讲授时强调物理地址、段地址、偏移地址之间的关系。了解8086微处理器的外部引脚及功能，了解8086CPU工作模式及系统配置，了解8086CPU的操作和工作时序。

3．知识单元三: 80X86的寻址方式及指令系统（6学时）

（1）知识点一：寻址方式

（2）知识点二：8086/8088的指令系统

教学基本要求：

重点掌握8086指令操作数的寻址方式，堆栈概念，8086微处理器的指令系统。难点是掌握存储器寻址及有效地址的计算，8086指令系统六大类指令（数据传送指令、算术运算指令、位操作指令、串操作指令和控制转移指令）的功能、特点及使用方法。

4. 知识单元四: 汇编语言程序设计（4学时）

（1）知识点一：汇编语言的基本语法

（2）知识点二：伪指令

（3）知识点三：DOS功能调用

（4）知识点四：汇编语言程序设计方法

教学基本要求：

重点掌握汇编语言常用的伪指令。难点是掌握汇编语言程序设计方法，阅读和编写汇编语言程序。通过对典型程序分析、设计，让学生掌握顺序、分支和循环三种汇编语言程序设计方法。了解汇编语言的基本语法规则，掌握DOS功能调用的方法和常用的DOS功能调用。

5. 知识单元五: 存储器（4学时）

（1）知识点一：存储器概述

（2）知识点二：随机存储器

（3）知识点三：只读存储器

（4）知识点四：存储器的扩展

（5）知识点五：内存接口技术

教学基本要求：

重点掌握存储器芯片与8086CPU的连接以及存储器的扩展，难点在于理解存储器接口基本技术中的数据线及地址线的正确连接、存储器地址译码方式及译码电路。理解存储器的结构和译码器的作用，了解存储器的概念及种类。

6．知识单元六: 输入/输出接口（2学时）

（1）知识点一：I/O接口概述

（2）知识点二：I/O端口及其编址方式

（3）知识点三：CPU与I/O接口之间的数据交换方式

教学基本要求：

重点掌握CPU与I/O接口之间的三种数据交换方式（程序控制方式、中断方式和DMA方式）。难点在于理解中断方式和DMA方式的工作原理。理解I/O端口的定义和两种编址方式的含义，了解I/O接口的基本功能和基本组成。

7．知识单元七: 中断系统（3学时）

（1）知识点一：中断的基本概念

（2）知识点二：8086的中断系统

（3）知识点三：可编程中断控制器8259A

教学基本要求：

重点理解中断向量的概念，掌握用中断向量法寻找中断源的实现过程。难点是理解8086中断系统以及中断的处理过程，掌握中断向量表初始化编程。了解中断、中断源、中断优先级和中断嵌套的概念，了解可编程中断控制器8259A的结构、功能和应用。

8．知识单元八: 可编程接口芯片（4学时）

（1）知识点一：可编程接口芯片与外部的连接及基本概念

（2）知识点二：可编程定时器/计数器8253

（3）知识点三：可编程并行接口8255A

（4）知识点四：串行通信及串行接口芯片8251

教学基本要求：

重点掌握可编程接口芯片8255A和8253的结构、功能和应用。难点在于并行接口芯片8255、定时器/计时器8253、串行接口芯片8251的初始化编程。了解可编程接口芯片与外部的连接，了解串行接口芯片8251的结构、功能及应用。

9．知识单元九: 模拟接口（3学时）

（1）知识点一：数模转换

（2）知识点二：模数转换

（3）知识点三：典型D/A转换器芯片0832

（4）知识点四：典型A/D转换器芯片0809

教学基本要求：

重点掌握数模转换与模数转换接口的概念，DAC0832和ADC0809的结构、功能及应用。难点在于A/D转换接口的编程。理解D/A转换器和A/D转换器的技术指标及基本原理，了解数模转换与模数转换接口的一般应用。

（二）课程的重点、难点及解决办法

重点：8086/8088CPU的基本结构和工作原理、寻址方式和指令系统、汇编语言程序设计、内存接口技术、I/O基本概念、中断技术和可编程芯片接口技术。

难点：存储器的分段结构、某些指令及伪指令的用法、CPU的工作时序、地址译码、中断、串行通信、应用系统设计等。

解决办法：《微机系统与接口技术》课程内容多而杂，前后逻辑性不强，上下联系不紧密，掌握比较困难，因而教学更应突出重点、分散难点、由浅入深、循序渐进。本课程的重点应放在部件之间联系等系统问题和应用问题上，以及基本概念、理论和知识上，而对许多细节问题不必强调过多，如工作时序等。另外，微机中有些内容难以掌握，最好把这些难点分散到各章节中去。

讲解微处理器的结构时，应从应用角度考虑着重介绍它的外部特性和寄存器组的使用知识，而对“时序”这种较难的内容可只作概括性的介绍，把具体内容分散到后面有关章节去讨论；对存储器结构，应把重点放在存储器芯片与微处理器的连接上；对指令系统重点介绍汇编指令的功能和指令对标志寄存器的影响上，特别要讲清楚比较难掌握的堆栈指令和数据传送指令等；汇编语言程序设计应重点讲述三种基本程序结构的设计方法，特别是分支和循环程序设计；输入／输出接口应重点介绍无条件、查询、中断、DMA等四种数据传送方式，特别是计算机中十分重要而又难于掌握的中断方式；中断技术应重点介绍通过中断向量法来查询中断源，执行一条中断指令后的中断处理过程；而可编程接口芯片和D／A、A／D转换则应着重介绍几种最常用芯片(如8253/8254、8255/8155、8251/8250、0832、0809等)的使用上。

具体做法如下：

（1）采用案例教学，重点讲授输入/输出技术、中断系统与中断实现技术、定时/计数技术、并行I/O接口技术、串行通讯技术、数/模和模/数转换接口技术，使学生掌握微型计算机接口和汇编语言程序设计的关键技术；

（2）采用先进的多媒体教学手段，充分运用动画效果，采用交互式教学方式，增加教学的感性与理性学习效果，培养学生的主动学习兴趣，提高课堂学习效率。例如，将程序设计范例进行单步运行投影演示，极大地提高了软件的直观性和生动性。

（3）采用小作业与大作业相结合，笔试、机试及课程实验相结合的方法，使学生对所学知识融会贯通，设计应用能力明显提高。

（4）简单介绍微型计算机技术的发展与最新成果及其应用中的新成果，结合实际科研介绍基于微型计算机的测控系统设计方法。在课堂教学中指定相应的参考教材，安排适量的课外作业使学生巩固教学内容，拓宽视野，扩大知识面。

三、实验实践环节及基本要求

1．实验实践教学环节在本课程中的作用及要求

本课专业技术性极强，无论从课程本身的特点，还是从专业素质的培养来看，加强该课程的实验教学都是很重要的。有关基础知识、基本原理、基本方法，必须靠大量的上机实践和动手实验，才能加深理解并且较好地掌握。通过实验可以培养学生利用计算机技术和编程手段分析、解决专业领域的各种问题的能力和意识，并进一步感受微机发展的新技术和新方法。因此微机实验教学是整个微机教学中重要的环节，它与理论课程相得益彰，是课堂教学内容的补充、延伸和深化。通过与课堂教学的密切配合，使《微机原理与接口技术》真正成为专业的主干技术课。

本课程实验环节主要让学生熟悉各种接口芯片的程序编写方法以及工作原理，通过这部分实验内容的学习，可以着重培养学生应用典型可编程接口芯片和数字电路芯片进行I/O接口设计和扩展的能力。比如通过“交通灯控制”实验，可以让学生明白如何设置控制字来控制各端口的工作方式、各个端口在不同工作方式下的状态以及各端口的输入和输出等。

2．实验项目

（1）实验一：使用DAC0832的D/A转换实验（4学时）

内容：通过D/A转换分别实现方波波形、锯齿波形、三角波形和阶梯波形的输出，并通过示波器进行输出波形观测。

要求：熟悉DAC0832的特性和接口方法，掌握D/A输出程序的设计和调试方法。

（2）实验二：8255A可编程并行接口实验（一）（2学时）

内容：用汇编语言实现8255A的初始化设置及数据传送。

要求：掌握8255A和微机接口方法，掌握8255A的工作方式和编程原理。

（3）实验三：8255A可编程并行接口实验（二）（2学时）

内容：用汇编语言实现十字路口交通灯的变换。

要求：掌握8255A和微机接口方法，掌握8255A的工作方式和编程原理。

（4）实验四：8253定时/计数器实验（2学时）

内容：根据实验原理图连接线路，并用汇编语言实现8253的初始化编程及定时/计数功能。

要求：掌握8253和微机接口原理和方法，掌握8253的工作方式和编程原理。

（5）实验五：可编程中断控制器8259A实验（2学时）

内容：对8259A进行硬件连线，编写中断服务程序，验证中断响应结果。

要求：掌握8259中断控制器的工作原理和接口方法，掌握微机的中断管理和中断服务程序的编写和调试。

（6）实验六：汇编语言与调试试验（2学时）

内容：输入汇编语言源程序，并生成可执行文件，验证运行结果。

要求：利用DEBUG调试工具验证程序的运行。

（7）实验七：综合汇编程序设计（2学时）

内容：设计密码验证程序，要求屏幕输出字符提示信息，对键盘输入的密码字符进行验证。

要求：掌握DOS常用功能调用，并编写汇编程序进行调试。

四、本课程与其它课程的联系与分工

本课程适用于电子信息工程、电子科学与技术、通信工程、微电子科学与工程等专业，以低频电子线路、数字电路与系统、计算机应用基础、C语言为先修课程，其中前两门是本课程的硬件基础，后两门则是软件基础，它们是学好本课程的重要基础。在本课程的基础上，还可继续开设微机方面的其它课程，如《单片机原理及其应用》、《PC可编程序控制器》、《计算机控制系统》、《DCS与FCS控制系统》等。本课程与计算机专业开设的《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《计算机系统结构》、《汇编语言程序设计》等课程也有一定关系。

五、对学生能力培养的要求

《微机系统与接口技术》是工科学生必修的一门重要的专业课，通过该课程的教学，使学生能够利用单片微机器件进行硬件电路设计与软件编程开发，为社会培养高素质的设计人才。

六、课程学时分配

总学时48，其中讲课32学时，实验 16学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表。

课程学时分配表

七、主要教学方法

讲授与多媒体相配合，理论与实验相结合，采用“滚动渐进”教学法，多分析实际应用例子，优化课堂教学、强化课外训练、采用立体化教学手段，增大授课信息量，同时加强课外辅导工作，使学生能多途径进行学习。

八、建议教材和教学参考书目

1．教材

[1]《微机原理与接口技术实用教程（第2版）》，杨帮华，马世伟等，清华大学出版社，2013年

2．主要参考书

[1]《微型计算机原理与接口技术》，周荷琴，吴秀清，中国科学技术大学出版社，2004年

[2]《微机原理与接口技术》，王玉良，吴晓非等，北京邮电大学出版社，2008年

[3]《微机原理与接口技术习题与解析》，温阳东，清华大学出版社，2006年

[4]《计算机工作原理图示教程》，（美国）Ron White，清华大学出版社，2002年

[5]《汇编语言（第2版）》，王爽，清华大学出版社，2008年

    九 、课程考核

本课程采用闭卷考试方式，总评成绩由平时成绩和期末成绩组成，无期中考试。平时成绩占总评的40%，期末成绩占总评的60%。平时成绩从作业、上课出勤率、实验等几方面进行考核。

十、说明

    无

    执笔人：卞璐    审核人：赵航    教学院长（主任）：王芳