理论课和理论实践课教学内容
一、课程在专业培养目标中的定位与课程目标

西安建筑科技大学提出建设国内一流、国际知名的教学科研型大学,确立了“厚基础、宽口径”的办学指导思想,加强对学生进行“高素质、理论与实践并重、突出创新能力”的培养。

我校信息类专业的人才培养目标是:遵循“加强基础、拓宽专业、注重创新、强化实践、培养能力、提高素质”的原则,立足西部,面向全国,侧重培养学生基础知识应用和工程实践能力,使其成为具有较强的人文素养和信息类专业素养,具备自动化技术、通信技术、计算机技术、测控技术等方面知识,具有较强的系统管理、、运营、维护和开发能力的创新型应用人才。

我校信息类专业的招生分数一直是在重点批次以上,每年招收240人左右,来自全国30多个省市,生源优质广泛。

微机原理与接口技术课程由“微机原理与接口技术”、“微机原理与接口技术实验”等教学模块构成。该课程前导课程为《模拟电路与系统》、《数字电路与系统》、《C语言程序设计》,后续课程有《单片机应用技术》、《计算机控制技术》、DSP原理及应用》、《嵌入式系统及应用》等专业课程,该课程起到了承前启后的作用,地位十分重要,在引导学生学习微型计算机系统知识、培养学生学习积极性及学习兴趣等方面起着十分重要的作用。

课程主要针对研究应用型大学工科类学生的教学需求,把握信息类本科专业平台课的基础要求,注重基本概念、基本知识的掌握。在本科第三学年的第一学期开设,课程内容由理论教学、实践教学两大部分组成。课程在注重基本概念、基本知识的基础上,尽量多介绍实际的例子,同时讲述新的发展和相关的前沿方向。

课程体系在知识层面上从基础到专业基础,逐渐提升;在知识结构上由点及面到系统,注重加强系统观念的培养和系统设计方法的训练,逐渐增强设计性实验和综合性实验的比重,并以合适的方式反映电子信息和计算机领域的新技术。

课程目标:通过学习,学生能够了解最新前沿知识,掌握计算机的基本结构、基本工作原理和过程,熟练运用汇编语言程序设计的思想和方法,深入了解和掌握计算机的接口技术和基本接口电路,具备设计简单计算机系统及硬软件的能力。

二、知识模块顺序及对应的学时

本课程的理论教学内容包括“微机原理”、“汇编语言程序设计”、“微机接口技术”三个模块。主要介绍微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构和工作模式,Intel 8086 CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧,存储器的组成和I/O接口扩展方法,微机的中断结构、工作过程和8259A的编程与应用,DMA控制器的工作过程和8237的编程结构,常用接口的原理和应用技术,包括串并行接口8255A和8251A的工作原理及编程应用方法,计数器/定时器8253的结构和应用。在此基础上,对现代微机系统中涉及的总线技术、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要介绍。

实践教学内容主要是各个理论模块的基础实验,即在理论学习的基础上,进行验证性实验、综合性实验。最后根据不同专业的需求开设汇编语言程序设计、接口技术课程设计。

本课程建设的指导思想是“宽口径、厚基础、多模块”,建设目的是为适应教育部提出的“教育质量工程”要求,并最终建设成为国家级精品课程。因此,在教学内容组织方式上亦逐步形成自己的特点。                     课程各章节学时分配表

模块结构

基本内容

学时

可选内容

学时

1.基本概念与基本知识

a.计算机的发展特点与分类;

b.数字计算机中的信息表示;

c.计算机系统组成与运行原理

d.微型计算机的基本结构;

3

 

 

2Intel 8086系统结构

a.8086微处理器结构;

b.8086的系统组态及引脚功能;

c.8086的总线周期;

5

a.高档微处理器的结构;

b.高档微机的存储器管理。

4

3.高档微处理器

 

 

a. Intel 80286微处理器

b. Intel 80386微处理器

c. Intel 80486微处理器;

d. Intel Pentium微处理器

e. 高档微机存储器管理

6

4.8086的系统指令

a.寻址方式,操作数类型;

b.8086的指令格式;

c.指令系统;

10

a.80286的扩充与增加指令;

b.80386的扩充与增加指令;

4

5汇编语言程序设计

a.汇编语言源程序的结构;

b.伪操作指令;

cDOSBIOS功能调用(1)

d. 汇编程序设计(1);

12

aDOSBIOS功能调用(2)

b.汇编程序设计(2);

4

6. 半导体存储器

a.存储器结构及分类;

b.随机读写存储器;

c.只读存储器ROM

d.存贮器的接口技术与扩充方法;

e:译码电路及设计应用;

6

aFlash存储器

b.高速缓存Cache

c.半导体存储器新技术。

4

7.基本输入输出技术

a. I/O接口间的功能及典型结构;

b. I/O端口的寻址与译码;

c. I/O传送方式;

d.简单I/O接口芯片和设计实例。

6

 

 

8. 中断系统

a. 中断的基本概念;

b. 8086微处理器的中断方式;

c.中断管理;

d. 8259A 中断控制器原理与应用;

6

a.中断程序设计;

b.高档微处理器中断系统

4

9可编程接口芯片

a.并行I/O接口芯片8255A

b.定时器/计数器芯片8253/8254

c串行通信接口芯片8251A

8

a.直接存储器存取DMA控制器8237

2

10总线技术

 

 

a.总线规范及主要性能指标;

bISA总线与PCI总线;

cRS-232总线;

dUSB总线;

4

10.模拟量转换接口芯片

 

 

aD/A转换器的工作原理;

bD/A转换器与CPU的接口;

cA/D转换器的工作原理;

dA/D转换器与CPU的接口。

4

11.实践环节

1.验证性实验;

2.综合性实验。

8

4

1. 验证性实验;

2. 综合性实验;

3. 开放性实验

12

8

16

    上述理论教学内容中基本内容部分建议学时数为56学时,可选内容建议学时数为36学时,由各专业根据培养计划要求进行选择。目前,本课程各专业学时安排为:计算机科学与技术专业88为学时,自动化、测控技术与仪器、建筑电气与智能化三个专业为70学时,通信工程、电子信息工程两个专业为56学时。实践环节包括验证性实验、综合性实验和开放性实验三个部分,其中基本实验学时为12学时,可选实验学时为36学时。



三、课程的重点、难点及解决办法

重点:微处理器的外部引脚信号、接口芯片的应用与编程、地址译码技术。

难点:指令的工作流程、存储器的分段技术、某些指令及伪指令的用法、CPU的时序、地址译码、中断、串行通信、可编程芯片的编程和应用系统结构设计等。

教学内容以8086微处理器为核心,在课堂教学中采用如下组织方式:

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)对于理解上的难点,制作了多媒体课件以帮助理解,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,如指令的执行,通过程序范例的单步运行投影演示,极大地提高了软件的直观性和生动性。

3)结合实际科研介绍基于微计算机的应用系统设计方法。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。

5)通过开放性实验、课外实践,由课程小组全体成员、实验老师和高年级研究生现场跟班指导,培养学生微型计算机应用系统的研发与设计能力,使学生在系统的总体结构、软件设计与调试等各个方面的能力得到提高和加强,培养学生计算机测控系统的整体设计观念,提高系统分析能力。

6)发现、遴选理论基础扎实、动手能力较强、创新意识强烈的学生参加各类学科竞赛培训,参与教师的科研课题,进行创新性毕业设计研究,进一步培养学生的微机应用与系统设计能力。这种新模式取得了良好效果,同学积极参与创新训练和学科竞赛,取得了可喜成绩,近三年来,有100余人次参加了陕西省“电子竞赛”、全国“挑战杯”科技竞赛、全国“飞思卡尔”杯智能小车大赛、校“粉体杯”和“中星杯”科技竞赛,获得各项奖励20余项,激发了广大同学的学习热情和科研热情,也为课程教学改革的进一步深入探索了可行途径。

四、实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填) 

1.实践教学设计思想

为适应教学改革和教学内容不断更新与发展,加强理论联系实际,提高学生的实验、实践技能,培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,本课程的实践教学内容由验证性、综合性和开放性三个实验模块组成。每个模块分为基础和选作两种学时安排方式,其中基础学时是各专业必须保证的实验学时数,而选作学时是各专业根据教学要求加强的实验学时数。验证性实验加深对理论知识的巩固与理解,培养基本的硬件动手能力和目标代码级软件调试能力;综合性实验仅给出实验设计要求与设计提示,主要培养学生的实际操作技能、微机应用系统的设计能力。开放性实验是学生利用课余时间,根据自己的爱好、兴趣和设想提出实验项目,在老师的指导下自主完成系统的设计和开发。

通过设置验证性、综合性和开放性实验环节,构建了“原理及技术级实验(验证实验)→系统与芯片级实训(综合实验)→工程应用(开放实验)”三个层次的课程实践体系:其中验证性实验采用成套实验设备为平台,对微机芯片和系统的工作原理进行验证,综合性实验采用具二次开发功能的实验平台为支撑,通过教师指导设计具有一定应用背景的小型系统来加深对微机系统和接口技术的理解和掌握;开放性实验则采用校企联建的开放实验室作为学生的实训平台,根据学生的兴趣和创新能力,自主设计应用系统,加强系统理解和应用能力。

整个实践教学设计为学生提供了一个从“原理→验证→设计→制作→调试” 的微机系统和微机应用技术完整周期的展示、验证、设计与体验的过程。

2.实践环节内容

实验项目表

 

实验内容

基础实验

选做实验

验证性实验

a.     指令系统及程序设计实验;

b.     数码转换编程及程序调试;

c.     中断特性及8259应用编程实验;

d.     8255 并行接口应用编程实验;

e.     8253 定时/计数器接口应用编程实验

f. 串行通信与串行接口8251功能实验;

 

2学时

2学时

2学时

 

2学时

2学时

2学时

2学时

2学时

2学时

2学时

综合性实验

a.  多通通道温度采集系统设计;

b.  电子钟模拟综合实验

cPC机模拟实现简易电子琴

d.  交通灯控制器设计

4学时

 

4学时

2学时

2学时

开放性实验

a.  Intel 双核处理器校企联合实验室开放实验平台;

b.  Sonix MCU校企联合实验室开放实验平台;

c.  凌阳MCU校企联合实验室开放实验平台;

 

 

3.实践教学效果

学生对实验产生浓厚兴趣,由“要我做”变为“我要做”,由“以教师教为主”变为“以学生学为主”,显著提高了学生的学习热情、操作效率和实验效果。

学生通过由易到难、由简单到复杂、由验证到综合的一系列实践环节,实现了程序运行结果验证、接口技术应用、小型微机系统设计等多个实验,普遍感到实践内容“新颖、易懂、实用”,对理解理论课程的重点和难点有很大帮助。实验平台和实践环节增强了学生的自主学习意识,能将自己的想法付诸实践,进行自我锻炼,加强了实践创新能力的培养。通过本课程实践环节的全面参与和体验,学生能更加深入和全面地掌握本课程的相关知识点和在实际工作中所需要的专业知识和技能,后续课程老师对学生的课程学习和实践能力评价良好,增加了学生在行业内的就业竞争力,缩短了毕业生工作岗位适应期。达到了课程教学目标。