王麗 周鵬 李傳峰

（塔里木大學機械電氣化工程學院 新疆阿拉爾 843300）

機械類專業(yè)《微機接口技術》課程教學研究

王麗 周鵬 李傳峰

（塔里木大學機械電氣化工程學院 新疆阿拉爾 843300）

從機械類專業(yè)的學科特點和應用型人才培養(yǎng)目標出發(fā)，提出對機械類專業(yè)微機原理與接口技術課程的教學改革方案，一是據人才市場需求和專業(yè)特點精心選擇和組織教學內容；二是針對不同的教學內容采用合適的教學方法和教學手段，據接口技術課程實用性強的特點，在教學過程中引入案例教學法和工程項目法，注重培養(yǎng)實際應用能力和系統(tǒng)設計能力，為培養(yǎng)新一代機電制造人才打下扎實基礎。

微機；接口技術；案例教學法；能力培養(yǎng)

隨著電子技術和微機技術的迅速發(fā)展，微型計算機檢測技術與控制技術在機電制造工業(yè)上得到了重要的應用，在現代機械制造技術中，產品制造中除考慮傳統(tǒng)的基本功能和性能外，逐步轉向自動化、信息化、智能化發(fā)展。[1]機電一體化產品中最典型的應用比如工業(yè)機器人，隨著生產力的發(fā)展，越來越多的領域和場合需要利用機器人來完成人類難于或不便處理的任務，通常在艱苦條件或復雜環(huán)境下人類直接操作較危險，或是有的場合要求精度很高的情況下，就可以采用微型計算機（PC機）控制方法，根據采集的信息，精確的控制機器人去操作完成任務?，F代汽車也進入了微機控制的時代，并且這“輪子上的計算機”性能已日趨成熟和可靠。[2]為了適應市場對現代機械類人才的需求，機械類專業(yè)（如機械設計、農業(yè)機械、數控及機電一體化專業(yè)等）陸續(xù)開設了《微機原理與接口技術》課程。

《微機原理與接口技術》課程內容主要分為三大塊：一是微型計算機工作原理；二是指令系統(tǒng)；三是總線和接口技術的應用。知識涵蓋面寬，在學習的時候，要求學生有較強的計算機語言能力而且有較扎實的電路基礎知識和較強的讀圖能力。而機械類專業(yè)所開設的課程中，只學習電工電子技術課程，課時相對較少，電類基礎知識不扎實，更沒有形成較好的數字電路分析的思維方式，在此基礎上進行微機接口課程的教學往往很難。那么如何讓學生在有限的學時內掌握好微機接口技術，并能真正為以后的工作打下扎實的基礎呢。筆者近幾年來一直致力于本、專科等各層次的機械類專業(yè)學生的微機接口技術及相關課程的教學工作，現根據近幾年來的教學經驗，在市場需求分析的基礎上，對機械類專業(yè)的微機接口技術課程教學提出改革意見，供大家探討。

1.市場需求

在全國農業(yè)機械化發(fā)展第十一五規(guī)劃中明確指出：以發(fā)展現代農業(yè)為著力點，以科技進步為動力，以節(jié)本增效為核心，著力提高農業(yè)機械裝備水平、改善裝備結構，實現農業(yè)機械化全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展。新疆自治區(qū)也提出：以棉花、糧食、特色林果業(yè)和畜牧業(yè)“四大基地”建設為目標，以發(fā)展現代農業(yè)為著力點，以大幅度增加農牧民收入為核心，以提升農業(yè)裝備水平、提高服務水平和效益為主線，促進“高產、優(yōu)質、高效、生態(tài)、安全”的現代農業(yè)機械化發(fā)展。因此，現化農業(yè)機械化裝備水平在現代農業(yè)中的作用被提到了前所未有的高度。所以未來幾年，對具備微機檢測和控制系統(tǒng)應用能力的現代機械化人才的需求也會空前增加。

秉承為兵團和社會培養(yǎng)應用型人才的辦學宗旨，在微機接口技術課程的教學中，應注重培養(yǎng)學生的應用能力和系統(tǒng)設計能力，具體表現在對電路設計、程序編寫、設計仿真與硬件制作“四大能力”的培養(yǎng)上。以“四大能力”培養(yǎng)為宗旨，讓學生在理解計算機工作原理的基礎上，重點掌握微機測控系統(tǒng)中信號檢測、信號處理和計算和、輸出控制等接口技術的應用，會應用接口技術實現微機控制系統(tǒng)各模塊（比如信號采集、分析處理、輸出控制等模塊）間的有機連接，并使之協(xié)調工作。

目前，市場急需大量現代機械化人才，而高等教育普通存在著為了培養(yǎng)寬口徑人才，開設課程門類多而學時壓縮嚴重，導致出現“什么都學，什么都不精”的現象，出了校門還不如人家一個技校生能干。因此，針對實踐性極強《微機接口技術》課程進行教學改革很有必要。我們著重對教學內容和教學方法進行改革。

2.教學內容改革

對于機械類學生由于沒有系統(tǒng)的學習相關的電子技術基礎課程，再加上目前高校普遍存在的學時數少，實驗條件有限，而且在課程的講授過程中，我們所采用的教材和組織的教學內容并沒根據專業(yè)特點進行精心的設計，致使學生對微型計算機的工作原理和內部結構一時難以接受，甚至望“微”生畏。所以，對機械類專業(yè)的微機原理與接口技術課程的教學一定要根據專業(yè)特點和市場需求合理安排教學內容，有針對性地強化和弱化微機原理課程中的某些內容，對有用的重要知識點精講多練。

2.1 專業(yè)知識體系結構。學習《微機原理與接口技術》課程需要先修計算機技術基礎、數字電子技術、模擬電子技術、匯編語言程序設計等課程。同時，該課程對后續(xù)課程（如數控技術、機電控制技術等）的學習和理解起十分重要的作用。但對機械類專業(yè)的學生，先修課程只有計算機文化基礎和電工學，電子技術基礎理論薄弱，由于課時較少，在電工學教學過程中往往對數字電子技術部分內容講得不多，學生對相關的概念和常見的邏輯門電路功能不甚了解，這就使得微機原理課程的教學不能順利進行。因此，在教學過程中，應適當對數字電子技術的相關內容進行補充，或者對先修電子技術課程進行改革，加強數字電子技術部分的教學。

2.2 各個模塊教學內容組織。對機械類專業(yè)的微機接口技術的教學應有別于電氣類專業(yè)，注重從其專業(yè)應用的角度入手，結合機械類學科的特點、發(fā)展趨勢、以及機械類學生在未來工作中的實際需要進行組織。微機原理與接口技術的教學內容包括微型計算機工作原理、匯編語言程序設計、存儲器結構、輸入輸出接口和總線技術等四個模塊。[3]根據機械類專業(yè)的專業(yè)需求，應在理解微型計算機工作原理的基礎上，重點掌握各類接口和總線應用技術。

第一，微型計算機工作原理部分內容，補充二進制運算規(guī)則和數制轉換部分內容和計算機中的信息編碼技術進行介紹；同時對數字電子技術的基本概念（如TTL電平、CMOS電平等）和基本的門電路功能進行復習；在此基礎上再重點講解80X86CPU，要求學生掌握80X86CPU的內部結構和內部寄存器的功能，理解計算機的工作原理和工作過程。

第二，指令系統(tǒng)的學習。微型計算機的功能是由指令系統(tǒng)決定的，在教學中，通過匯編指令的講解，加強學生對計算機工作原理的理解。在具體教學過程中，要注意少而精，通過對典型的匯編語言程序和算法逐條分析講解，使學生理解和掌握匯編語言的原理，能夠編寫簡單的匯編語言程序段，會分析匯編程序功能。在實驗教學過程中讓學生掌握匯編語言的調試工具的應用，利用調試工具（DEBUG）觀察寄存器和存儲單元內容的變化，利用反匯編分析指令長度，從而加深對指令地址和程序工作過程的理解。

第三，對存儲器的學習，要了解存儲器的分類和各類存儲器存儲信息的特點，掌握存儲器結構，重點以SRAM為例介紹存儲器與CPU的接口技術及存儲系統(tǒng)擴展方法。

第四，輸入輸出接口和總線技術，接口技術是實現系統(tǒng)各部分有機連接并協(xié)調工作的保證，是計算機與外部設備交換信息（數據、命令、地址、狀態(tài)等）的橋梁。計算機的“接口”泛指CPU與外圍設備相連的那部分電路和器件，這部分內容是重點，最好根據專業(yè)特點引入實際案例進行教學，讓學生掌握常見的輸入輸出接口和模數轉換接口的應用。對于總線技術，要求學生重點掌握通信總線的應用，比如RS232C串行通信總線等常見的微機與外設之間進行通信的總線。而對于CPU總線、局部總線和系統(tǒng)總線了解即可。其次，對于USB接口具有安裝和連接簡單等優(yōu)點，在數控技術、運動控制以及其他工業(yè)控制領域中得到了廣泛的運用，[4]已成為目前PC機最流行的接口之一，其應用也要作為重點掌握，在實踐教學環(huán)節(jié)中突出應用。

3.教學方法

在微機原理與接口技術的教學過程中，可以針對不同內容靈活運用多種教學手段，激發(fā)學生的學習興趣，注重能力培養(yǎng)，提高教學效果。

3.1 選擇工程實例進行講解，突出能力的培養(yǎng)。以“四大能力”培養(yǎng)為宗旨，把企業(yè)中的典型工程項目引入到接口課程的教學過程中，學生能通過工程項目了解所學為何用，通過工程項目的剖析，能很好的把微機控制系統(tǒng)中不同模塊的知識連貫起來，把完整的系統(tǒng)設計思想深入骨髓，對培養(yǎng)學生的系統(tǒng)應用能力非常有益；同時，能很好的激發(fā)學生的學習興趣。有了興趣就可以變被動學習為主動學習，進而可引導學生進行模仿設計，讓學生在模仿中成長，爭取在模仿中創(chuàng)新。例如結合農機專業(yè)的特點，選擇轎車發(fā)動機的電噴系統(tǒng)進行講解，發(fā)動機電噴系統(tǒng)由多種傳感器、電控單元（ECU）和執(zhí)行器組成。各種傳感器對發(fā)動機的各種實時工況進行采樣，把采集到的信號送入電控單元，電控單元首先送來的檢測信號進行轉換和計算，從而得到發(fā)動機在這一工況下運行的最佳噴油時間和最佳點火提前角，通過功率驅動電路控制噴油器、燃油泵、點火線等執(zhí)行器的動作。[2]通過工程實例講解，使學生掌握信號的采集、信號處理、控制系統(tǒng)的硬件接口電路和軟件設計方法。[5]

3.2 類比法教學。日常生活中通常使用十進制編碼，而計算機中的信息編碼采用二進制。對信息編碼和存儲單元地址等抽象概念難以理解，可以通過類比法，把存儲單元地址的二進制表示法和學生的學號編碼方法進行類比，這樣把抽象問題和熟悉的事物聯(lián)系起來，問題就簡單了。再如寄存器概念的講解，同樣可以結合生活實例進行類比。

3.3 制作動態(tài)多媒體課件輔助教學。對計算機指令的工作過程、指令尋址方式以及過程調用等采用動態(tài)多媒體教學課件，把聲音、動畫、圖形、文字等媒體有機組合在一起，有效利用“一圖值千字”，將抽象的知識內容形象、逼真地演示出來，學生有了直觀感性認識后，能更好地理解微機中較為抽象的工作過程。理解透徹，學習效果自然就提高了。

3.4 案例法教學。對于指令系統(tǒng)采用簡單實用的實例進行教學，如講解數據傳送指令、端口輸入輸出指令、邏輯運算和移位指令后，可設計簡單的微機控制數碼管發(fā)光顯示案例，利用8255某個端口作為輸出口，分別接兩組8個數碼管（其中L0、L2、L4、L6為紅色，L1、L3、L5、L7為綠色），可以通過專用累加器輸入輸出指令從端口輸出數據，觀察顯示結果，然后再對累加器中的數據進行邏輯移位或簡單的運算后，再觀察輸出顯示的變化情況。通過這一案例，學生既能掌握輸入輸出指令和移位指令的應用，同時可以加深對相關指令的理解；另一方面，學生對微機控制系統(tǒng)的工作原理和設計思想有初步的了解，效果好。如果我們能根據不同的內容模塊精心設計案例，能顯著提高課堂教學效果。

在學習之余，鼓勵學生積極參加飛思卡爾舉行的智能汽車競賽和全國電子大賽等科技創(chuàng)新活動?；蛘呤侵鲃訁⑴c老師的科研項目，在應用中成長，在模仿中爭取創(chuàng)新。

4.結論

根據專業(yè)人才培養(yǎng)目標，機械類專業(yè)的《微機原理與接口技術》課程作為技術基礎課，在教學的實施過程中應注重實用性和系統(tǒng)性，根據專業(yè)特點對教學內容進行調整和刪減，內容講解上注意由淺入深、循序漸進。針對不同的教學內容采用合適的教學方法，在各模塊理論知識學習完以后，精心選擇合適的工程實例進行剖析，把不同模塊的知識連貫起來，通過完整的系統(tǒng)實例分析，讓學生知道學有所用和如何用；同時，能很好的培養(yǎng)學生的系統(tǒng)設計思想，激發(fā)學習興趣。在此基礎上，鼓勵學生參加各類科技和科研活動，引導學生自主學習，注重培養(yǎng)學生的系統(tǒng)應用能力和創(chuàng)新設計能力，為培養(yǎng)新一代機電制造人才奠定扎實的基礎。

[1]余祖俊.微機檢測與控制應用系統(tǒng)設計[M].北方交通大學出版社，2001，P1-13．

[2]羅文華.汽車電控發(fā)動機傳感器智能測試系統(tǒng)[J].交通標準化，2004（5），P87.

[3]尹建華.微型計算機原理與接口技術[M].高等教育出版社，2008，P446-487.

[4]宋寶，唐小琦.基于USB接口的運動控制卡的設計術[J].控制與檢測，2009（6），P63-65.

[5]周自強.面向工程應用的微機原理教學方法[J].常熟理工學院學報，2005（6），P97-100.

塔里木大學高教課題，編號：TDGJ1 006

王麗（1977-），女，碩士，塔里木大學機械電氣化工程學院講師，研究方向：智能控制和智能信息處理。

2011-02-24